Development and validation of a fast RP-HPLC method to determine the analogue of the thyroid hormone, 3,5,3 '-triiodothyroacetic acid (TRIAC), in polymeric nanoparticles

The objective of this work was to develop and validate a rapid Reversed-Phase High-Performance Liquid Chromatography method for the quantification of 3,5,3 '-triiodothyroacetic acid (TRIAC) in nanoparticles delivery system prepared in different polymeric matrices. Special attention was given to developing a reliable reproductive technique for the pretreatment of the samples. Chromatographic runs were performed on an Agilent 1200 Series HPLC with a RP Phenomenex (R) Gemini C18 (150 x 4, 6 mm i.d., 5 mu m) column using acetonitrile and triethylamine buffer 0.1% (TEA) (40 : 60 v/v) as a mobile phase in an isocratic elution, pH 5.6 at a flow rate of 1 ml min(-1). TRIAC was detected at a wavelength of 220 nm. The injection volume was 20 mu l and the column temperature was maintained at 35 degrees C. The validation characteristics included accuracy, precision, specificity, linearity, recovery, and robustness. The standard curve was found to have a linear relationship (r(2) - 0.9996) over the analytical range of 5-100 mu g ml(-1) . The detection and quantitation limits were 1.3 and 3.8 mu g ml(-1), respectively. The recovery and loaded TRIAC in colloidal system delivery was nearly 100% and 98%, respectively. The method was successfully applied in polycaprolactone, polyhydroxybutyrate, and polymethylmethacrylate nanoparticles.

Is it possible to remove polymeric nanoparticles from aqueous paints during the activated sludge treatment?

The market for emulsion polymers (latexes) is large and growing at the expense of other manufacturing processes that emit higher amounts of volatile organic solvents. The paint industry is not an exception and solvent-borne paints have been gradually substituted by aqueous paints. In their life-cycle, much of the aqueous paint used for architectural or decorative purposes will eventually be discharged into wastewater treatment facilities, where its polymeric nanoparticles (mainly acrylic and styrene-acrylic) can work as xenobiotics to the microbial communities present in activated sludge. It is well established that these materials are biocompatible at macroscopic scale. But is their behaviour the same at nanoscale? What happens to the polymeric nanoparticles during the activated sludge process? Do nanoparticles agregate and are discharged together with the sludge or remain in emulsion? How do microorganisms interact with these nanoparticles? Are nanoparticles degradated by them? Are they adsorbed? Are these nanoparticles toxic to the microbial community? To study the influence of these xenobiotics in the activated sludge process, an emulsion of cross-linked poly(butyl methacrylate) nanoparticles of ca. 50 nm diameter was produced and used as model compound. Activated sludge from a wastewater treatment plant was tested by the OCDE’s respiration inhibition test using several concentrations of PBMA nanoparticles. Particle aggregation was followed by Dynamic Light Scattering and microorganism surfaces were observed by Atomic Force Microscopy. Using sequential batch reactors (SBRs) and continuous reactors, both inoculated with activated sludge, the consumption of carbon, ammonia, nitrite and nitrate was monitored and compared, in the presence and absence of nanoparticles. No particles were detected in all treated waters by Dynamic Light Scattering. This can either mean that microorganisms can efficiently remove all polymer nanoparticles or that nanoparticles tend to aggregate and be naturally removed by precipitation. Nevertheless respiration inhibition tests demonstrated that microorganisms consume more oxygen in the presence of nanoparticles, which suggests a stress situation. It was also observed a slight decrease in the efficiency of nitrification in the presence of nanoparticles. AFM images showed that while the morphology of some organisms remained the same both in the presence and absence of nanoparticles, others assumed a rough surface with hilly like shapes of ca. 50 nm when exposed to nanoparticles. Nanoparticles are thus likely to be either incorporated or adsorbed at the surface of some organisms, increasing the overall respiration rate and decreasing nitrification efficiency. Thus, despite its biocompatibility at macroscopic scale, PBMA is likely to be no longer innocuous at nanoscale.

In vitro studies of gum arabic-coated magnetic nanoparticles with mammalian cell cultures

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Biotecnologia

Synthesis of Polymeric Nanoparticles for biomedical delivery applications

Polymeric nanoparticles (PNPs) have attracted considerable interest over the last few years due to their unique properties and behaviors provided by their small size. Such materials could be used in a wide range of applications such as diagnostics and drug delivery. Advantages of PNPs include controlled release, protection of drug molecules and its specific targeting, with concomitant increasing of the therapeutic index. In this work, novel sucrose and cholic acid based PNPs were prepared from different polymers, namely polyethylene glycol (PEG), poly(D,L-lactic-co-glycolic acid) (PLGA) and PLGA-co-PEG copolymer. In these PNP carriers, cholic acid will act as a drug incorporation site and the carbohydrate as targeting moiety. The uptake of nanoparticles into cells usually involves endocytotic processes, which depend primarily on their size and surface characteristics. These properties can be tuned by the nanoparticle preparation method. Therefore, the nanoprecipitation and the emulsion-solvent evaporation method were applied to prepare the PNPs. The influence of various parameters, such as concentration of the starting solution, evaporation method and solvent properties on the nanoparticle size, size distribution and morphology were studied. The PNPs were characterized by using atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and dynamic light scattering (DLS) to assess their size distribution and morphology. The PNPs obtained by nanoprecipitation ranged in size between 90 nm and 130 nm with a very low polydispersity index (PDI < 0.3). On the other hand, the PNPs produced by the emulsion-solvent evaporation method revealed particle sizes around 300 nm with a high PDI value. More detailed information was found in AFM and SEM images, which demonstrated that all these PNPs were regularly spherical. ζ-potential measurements were satisfactory and evidenced the importance of sucrose moiety on the polymeric system, which was responsible for the obtained negative surface charge, providing colloidal stability. The results of this study show that sucrose and cholic acid based polymeric conjugates can be successfully used to prepare PNPs with tunable physicochemical characteristics. In addition, it provides novel information about the materials used and the methods applied. It is hoped that this work will be useful for the development of novel carbohydrate based nanoparticles for biomedical applications, specifically for targeted drug delivery.

Development of polymeric nanoparticles containing neuroprotective compounds of Hypericum perforatum

Tese de Doutoramento em Biologia das Plantas - MAP BIOPLANT

Morphological and Magnetic Properties of Superparamagnetic Carbon-Coated Fe Nanoparticles Produced by Arc Discharge.

Spherical carbon coated iron particles of nanometric diameter in the 510 nm range have been produced by arc discharge at near-atmospheric pressure conditions (using 58·10 4 Pa of He). The particles exhibit a crystalline dense iron core with an average diameter 7.4 ± 2.0 nm surrounded by a sealed carbon shell, shown by transmission electron microscopy (TEM), selected-area diffrac- tion (SAED), energy-dispersive X-ray analysis (STEM-EDX) and electron energy loss spectroscopy (EELS). The SAED, EDX and EELS results indicate a lack of traces of core oxidized phases showing an efficient protection role of the carbon shell. The magnetic properties of the nanoparticles have been investigated in the 5300 K temperature range using a superconducting quantum interference device (SQUID). The results reveal a superparamagnetic behaviour with an average monodomain diameter of 7.6 nm of the nanoparticles. The zero field cooled and field cooled (ZFC-FC)magnetization curves show a blocking temperature (TB)at room temperature very suitable for biomedical applications (drug delivery, magnetic resonance imaging MRI, hyperthermia).

Morphological and Magnetic Properties of Superparamagnetic Carbon-Coated Fe Nanoparticles Produced by Arc Discharge.

Spherical carbon coated iron particles of nanometric diameter in the 5-10 nm range have been produced by arc discharge at near-atmospheric pressure conditions (using 5-8·10 4 Pa of He). The particles exhibit a crystalline dense iron core with an average diameter 7.4 ± 2.0 nm surrounded by a sealed carbon shell, shown by transmission electron microscopy (TEM), selected-area diffrac- tion (SAED), energy-dispersive X-ray analysis (STEM-EDX) and electron energy loss spectroscopy (EELS). The SAED, EDX and EELS results indicate a lack of traces of core oxidized phases showing an efficient protection role of the carbon shell. The magnetic properties of the nanoparticles have been investigated in the 5-300 K temperature range using a superconducting quantum interference device (SQUID). The results reveal a superparamagnetic behaviour with an average monodomain diameter of 7.6 nm of the nanoparticles. The zero field cooled and field cooled (ZFC-FC)magnetization curves show a blocking temperature (TB)at room temperature very suitable for biomedical applications (drug delivery, magnetic resonance imaging-MRI-, hyperthermia).

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.

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.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Polymeric nanoparticles : from microporosity and drug release kinetics to cellular interactions

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

New grafted PLA-g-PEG polymeric nanoparticles used to improve bioavailability of oral drugs.

Les nanoparticules (NPs) de polymère ont montré des résultats prometteurs pour leur utilisation comme système de transport de médicaments pour une libération contrôlée du médicament, ainsi que pour du ciblage. La biodisponibilité des médicaments administrés oralement pourrait être limitée par un processus de sécrétion intestinale, qui pourrait par la suite être concilié par la glycoprotéine P (P-gp). La dispersion de la Famotidine (modèle de médicament) à l’intérieur des nanoparticules (NPs) pegylées a été évaluée afin d’augmenter la biodisponibilité avec du polyéthylène glycol (PEG), qui est connu comme un inhibiteur de P-gp. L’hypothèse de cette étude est que l’encapsulation de la Famotidine (un substrat de P-gp) à l’intérieur des NPs préparées à partir de PEG-g-PLA pourrait inhiber la fonction P-gp. La première partie de cette étude avait pour but de synthétiser quatre copolymères de PEG greffés sur un acide polylactide (PLA) et sur un squelette de polymère (PLA-g-PEG), avec des ratios de 1% et 5% (ratio molaire de PEG vs acide lactique monomère) de soit 750, soit 2000 Da de masse moléculaire. Ces polymères ont été employés afin de préparer des NPs chargés de Famotidine qui possède une faible perméabilité et une solubilité aqueuse relativement basse. Les NPs préparées ont été analysées pour leur principaux paramètres physicochimiques tels que la taille et la distribution de la taille, la charge de surface (Potentiel Zeta), la morphologie, l’efficacité d’encapsulation, le pourcentage résiduel en alcool polyvinylique (PVA) adsorbé à la surface des NPs, les propriétés thermiques, la structure cristalline et la libération du médicament. De même, les formules de NPs ont été testées in vitro sur des cellules CaCo-2 afin dʼévaluer la perméabilité bidirectionnelle de la Famotidine. Généralement, les NPs préparées à partir de polymères greffés PLA-g-5%PEG ont montré une augmentation de la perméabilité du médicament, ce par l’inhibition de l’efflux de P-gp de la Famotidine dans le modèle CaCo-2 in vitro. Les résultats ont montré une baisse significative de la sécrétion de la Famotidine de la membrane basolatéral à apical lorsque la Famotidine était encapsulée dans des NPs préparées à partir de greffes de 5% PEG de 750 ou 2000 Da, de même que pour d’autres combinaisons de mélanges physiques contenant du PEG5%. La deuxième partie de cette étude est à propos de ces NPs chargées qui démontrent des résultats prometteurs en termes de perméabilité et d’inhibition d’efflux de P-gp, et qui ont été choises pour développer une forme orale solide. La granulation sèche a été employée pour densifier les NPs, afin de développer des comprimés des deux formules sélectionnées de NPs. Les comprimés à base de NPs ont démontré un temps de désintégration rapide (moins d’une minute) et une libération similaire à la Famotidine trouvée sur le marché. Les résultats de l’étude du transport de comprimés à base de NPs étaient cohérents avec les résultats des formules de NPs en termes d’inhibition de P-gp, ce qui explique pourquoi le processus de fabrication du comprimé n’a pas eu d’effet sur les NPs. Mis ensemble, ces résultats montrent que l’encapsulation dans une NP de polymère pegylé pourrait être une stratégie prometteuse pour l’amélioration de la biodisponibilité des substrats de P-gp.

Neocuproine-functionalized silica-coated magnetic nanoparticles for extraction of copper(II) from aqueous solution

Neocuproine has been covalently bound to silica-coated maghemite(c-Fe2O3) magnetic nanoparticles (MNPs) by a phenyl ether linkage. The resulting MNPs are able to remove Cu(II) from 12 ppm aqueous solution with an extraction efficiency of up to 99% at pH 2.

Effective separation of Am(III) and Eu(III) from HNO3 Q1 Q2 solutions using CyMe4-BTPhen-functionalized silica-coated magnetic nanoparticles

It has been shown that CyMe4-BTPhen-functionalized silica-coated maghemite (c-Fe2O3) magnetic nanoparticles (MNPs) are capable of quantitative separation of Am(III) from Eu(III) from HNO3 solutions. These MNPs also show a small but significant selectivity for Am(III) over Cm(III) with a separation factor of around 2 in 4 M HNO3. The water molecule in the cavity of the BTPhen may also play an important part in the selectivity.

Effective separation of Am(III) and Eu(III) from HNO3 solutions using CyMe4-BTPhen-functionalized silica-coated magnetic nanoparticles

It has been shown that CyMe4-BTPhen-functionalized silica-coated maghemite (c-Fe2O3) magnetic nanoparticles (MNPs) are capable of quantitative separation of Am(III) from Eu(III) from HNO3 solutions. These MNPs also show a small but significant selectivity for Am(III) over Cm(III) with a separation factor of around 2 in 4 M HNO3. The water molecule in the cavity of the BTPhen may also play an important part in the selectivity.