Thermo- and pH-sensitive poly(vinylmethyl ether)/carboxymethylchitosan hydrogels crosslinked using electron beam irradiation or using glutaraldehyde as a crosslinker

BACKGROUND: Stimuli-sensitive or intelligent hydrogels have been investigated for many biomedical and pharmaceutical applications. Those hydrogels with dual sensitivity will have more extensive potential applications. The aim of the work presented was to prepare a series of thermo- and pH-sensitive hydrogels based on poly(vinylmethyl ether) (PVME) and carboxymethylchitosan (CMCS). The hydrogels were crosslinked using electron beam irradiation (EB) or using glutaraldehyde (GA) as a crosslinker at room temperature.

Spectroscopic investigation of the function of aqueous 2-hydroxyethylmethacrylate/glutaraldehyde solution as a dentin desensitizer

Fourier-transform (FT)-Raman and -infrared (IR) spectroscopy were employed to investigate the function of the aqueous 2-hydroxyethylmethacrylate/glutaraldehyde solution (Gluma) as a desensitizer. 2-Hydroxyethylmethacrylate (HEMA), glutaraldehyde (GA), and the mixture of HEMA/GA (i.e. Gluma) were used to interact with dentin, collagen, hydroxyapatite (HAP), and bovine serum albumin (BSA) individually. All the interactions were monitored by an FT-Raman spectrometer. FT-IR spectroscopy was also used in this study. The results show that HEMA could be absorbed by dentin and collagen; GA could cross-link collagen and BSA; and when BSA was added to Gluma, polymerization of HEMA occurred. The results suggest that Gluma acts as a desensitizer whereby, first, GA reacts with part of the serum albumin in dentinal fluid, which induces a precipitation of serum albumin, then, second, a reaction of GA with serum albumin induces polymerization of HEMA. The function of Gluma as a desensitizer to block dentinal tubules occurs via these two reactions.

Characterization of glutaraldehyde-immobilized chymotrypsin and an in-situ immobilized enzyme reactor using capillary electrophoresis-based peptide mapping

La digestion enzymatique des protéines est une méthode de base pour les études protéomiques ainsi que pour le séquençage en mode « bottom-up ». Les enzymes sont ajoutées soit en solution (phase homogène), soit directement sur le gel polyacrylamide selon la méthode déjà utilisée pour l’isolation de la protéine. Les enzymes protéolytiques immobilisées, c’est-à-dire insolubles, offrent plusieurs avantages tels que la réutilisation de l’enzyme, un rapport élevé d’enzyme-sur-substrat, et une intégration facile avec les systèmes fluidiques. Dans cette étude, la chymotrypsine (CT) a été immobilisée par réticulation avec le glutaraldehyde (GA), ce qui crée des particules insolubles. L’efficacité d’immobilisation, déterminée par spectrophotométrie d’absorbance, était de 96% de la masse totale de la CT ajouté. Plusieurs différentes conditions d’immobilisation (i.e., réticulation) tels que la composition/pH du tampon et la masse de CT durant la réticulation ainsi que les différentes conditions d’entreposage tels que la température, durée et humidité pour les particules GA-CT ont été évaluées par comparaison des cartes peptidiques en électrophorèse capillaire (CE) des protéines standards digérées par les particules. Les particules de GA-CT ont été utilisés pour digérer la BSA comme exemple d’une protéine repliée large qui requit une dénaturation préalable à la digestion, et pour digérer la caséine marquée avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) comme exemple d’un substrat dérivé afin de vérifier l’activité enzymatique du GA-CT dans la présence des groupements fluorescents liés au substrat. La cartographie peptidique des digestions par les particules GA-CT a été réalisée par CE avec la détection par absorbance ultraviolet (UV) ou fluorescence induite par laser. La caséine-FITC a été, en effet, digérée par GA-CT au même degré que par la CT libre (i.e., soluble). Un microréacteur enzymatique (IMER) a été fabriqué par immobilisation de la CT dans un capillaire de silice fondu du diamètre interne de 250 µm prétraité avec du 3-aminopropyltriéthoxysilane afin de fonctionnaliser la paroi interne avec les groupements amines. Le GA a été réagit avec les groupements amine puis la CT a été immobilisée par réticulation avec le GA. Les IMERs à base de GA-CT étaient préparé à l’aide d’un système CE automatisé puis utilisé pour digérer la BSA, la myoglobine, un peptide ayant 9 résidus et un dipeptide comme exemples des substrats ayant taille large, moyenne et petite, respectivement. La comparaison des cartes peptidiques des digestats obtenues par CE-UV ou CE-spectrométrie de masse nous permettent d’étudier les conditions d’immobilisation en fonction de la composition et le pH du tampon et le temps de réaction de la réticulation. Une étude par microscopie de fluorescence, un outil utilisé pour examiner l’étendue et les endroits d’immobilisation GA-CT dans l’IMER, ont montré que l’immobilisation a eu lieu majoritairement sur la paroi et que la réticulation ne s’est étendue pas si loin au centre du capillaire qu’anticipée.

Thermal and spectrophotometric studies of new crosslinking method for collagen matrix with glutaraldehyde acetals

Despite the many existing crosslinking procedures, glutaraldehyde (GA) is still the method of choice used in the manufacture of bioprosthesis. The major problems with GA are: (a) uncontrolled reactivity due to the chemical complexity or GA solutions; (b) toxicity due to the release of GA from polymeric crosslinks; and (c) tissue impermeabilization due to polymeric and heterogeneous crosslinks formation, partially responsible for the undesirable calcification of the bioprosthesis. A new method of crosslinking glutaraldehyde acetals has been developed with GA in acid ethanolic solution, and after the distribution inside de matrix, GA is released to crosslinking. Concentrations of hydrochloride acid in ethanolic solutions between 0.1 and 0.001 mol/L with GA concentration between 0.1 and 1.0% were measured in an ultraviolet spectrophotometer to verify the presence of free aldehyde groups and polymeric compounds of GA. After these measurements, the solutions were used to crosslink bovine pericardium. The spectrophotometric results showed that GA was better protected in acetal forms for acid ethanolic solution with HCl at 0.003 mol/L and GA 1.0%(v/v). The shrinkage temperature results of bovine pericardium crosslinked with acetal solutions showed values near 85 C after the exposure to triethylamine vapors.

Transdentinal cytotoxicity of carbodiimide (EDC) and glutaraldehyde on odontoblast-like cells

Objective: To evaluate the transdentinal cytotoxicity of three different concentrations of carbodiimide (EDC) or 5% glutaraldehyde (GA) on MDPC-23 cells. Methods: Seventy 0.4-mm-thick dentin disks obtained from human molars were adapted to artificial pulp chambers. MDPC-23 cells were seeded on the pulpal surface of the disks. After 48 hours, the occlusal dentin was acid-etched and treated for 60 seconds with one of the following solutions (n=10): no treatment (negative control); 0.1 M, 0.3 M, or 0.5 M EDC; 5% GA; Sorensen buffer; or 29% hydrogen peroxide (positive control). Cell viability and morphology were assessed by methyltetrazolium assay and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The eluates were collected after the treatments and applied on MDPC-23 seeded in a 24-well plate to analyze cell death, total protein (TP), and collagen production. The last two tests were performed 24 hours and seven days after the challenge. Data were analyzed by Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests (p<0.05). Results: EDC at all test concentrations did not reduce cell viability, while 5% GA did increase cell metabolism. Cell death by necrosis was not elicited by EDC or 5% GA. At the 24-hour period, 0.3 M and 0.5 M EDC reduced TP production by 18% and 36.8%, respectively. At seven days, increased TP production was observed in all groups. Collagen production at the 24-hour period was reduced when 0.5 M EDC was used. After seven days, no difference was observed among the groups. SEM showed no alteration in cell morphology or number, except in the hydrogen peroxide group. Conclusions: Treatment of acid-etched dentin with EDC or GA did not cause transdentinal cytotoxic effects on odontoblast-like cells.

Transdentinal cytotoxicity of glutaraldehyde on odontoblast-like cells

This study investigated the transdentinal cytotoxicity of glutahaldehyde-containing solutions/materials on odontoblast-like cells. Dentin discs were adapted to artificial pulp chambers. MDPC-23 cells were seeded on the pulpal side of the discs and the occlusal surface was treated with the following solutions: water, 2% glutaraldehyde (GA), 5% GA, 10% GA, Gluma Comfort Bond+Desensitizer (GCB+De) or Gluma Desensitizer (GDe). Cell viability and morphology were assessed by the Alamar Blue assay and SEM. The eluates were collected and applied on cells seeded in 24-well plates. After 7 or 14 days the total protein (TP) production, alkaline phosphatase activity (ALP) and deposition of mineralized nodules (MN) were evaluated. Data were analyzed by Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests (p<0.05). GA solutions were not cytotoxic against MDPC-23. GCB+De (85.1%) and GDe (77.2%) reduced cell viability as well as TP production and ALP activity at both periods. After 14 days, GCB+De and GDe groups produced less MN. Affected MDPC-23 presented deformation of the cytoskeleton and reduction of cellular projections. The treatment with 2.5%, 5% and 10% GA was not harmful to odontoblast-like cells. Conversely, when GA was combined with other components like HEMA, the final material became cytotoxic. Glutaraldehyde has been used to decrease dentin hypersensitivity. This substance is also capable of preventing resin-dentin bond degradation by cross-linking collagen and MMPs. This study showed that GA might be safe when applied on acid etched dentin. However, when combined with HEMA the product becomes cytotoxic.

Sodium-alginate-based proton-exchange membranes as electrolytes for DMFCs

Novel mixed-matrix membranes prepared by blending sodium alginate (NaAlg) with polyvinyl alcohol (PVA) and certain heteropolyacids (HPAs), such as phosphomolybdic acid (PMoA), phosphotungstic acid (PWA) and silicotungstic acid (SWA), followed by ex-situ cross-linking with glutaraldehyde (GA) to achieve the desired mechanical and chemical stability, are reported for use as electrolytes in direct methanol fuel cells (DMFCs). NaAlg-PVA-HPA mixed matrices possess a polymeric network with micro-domains that restrict methanol cross-over. The mixed-matrix membranes are characterised for their mechanical and thermal properties. Methanol cross-over rates across NaAlg-PVA and NaAlg-PVA-HPA mixed-matrix membranes are studied by measuring the mass balance of methanol using a density meter. The DMFC using NaAlg-PVA-SWA exhibits a peak power-density of 68 mW cm(-2) at a load current-density of 225 mA cm(-2), while operating at 343 K. The rheological properties of NaAlg and NaAlg-PVA-SWA viscous solutions are studied and their behaviour validated by a non-Newtonian power-law.

Biosorption of Cd2+, Cu2+, Ni2+ and Zn2+ ions from aqueous solutions by pretreated biomass of brown algae

In this paper, marine brown algae Laminaria japonica was chemically modified by crosslinking with epichlorohydrin (EC1 and EC2), or oxidizing by potassium permanganate (PC), or crosslinking with glutaraldehyde (GA), or only washed by distilled water (DW). They were used for equilibrium sorption uptake studies with Cd2+, Cu2+, Ni2+ and Zn2+.

Biosorption of Cd2+, Cu2+, Ni2+ and Zn2+ ions from aqueous solutions by pretreated biomass of brown algae

In this paper, marine brown algae Laminaria japonica was chemically modified by crosslinking with epichlorohydrin (EC1 and EC2), or oxidizing by potassium permanganate (PC), or crosslinking with glutaraldehyde (GA), or only washed by distilled water (DW). They were used for equilibrium sorption uptake studies with Cd2+, Cu2+, Ni2+ and Zn2+. The experimental data have been analyzed using Langmuir, Freundlich and Redlich-Peterson isotherms. The results showed that the biosorption equilibrium was well described by both the Langmuir and Redlich-Peterson isotherms.

Marquage fluorescent des protéines pour étudier les enzymes protéolytiques solubles et immobilisées par la cartographie peptidique électrophorétique

La cartographie peptidique est une méthode qui permet entre autre d’identifier les modifications post-traductionnelles des protéines. Elle comprend trois étapes : 1) la protéolyse enzymatique, 2) la séparation par électrophorèse capillaire (CE) ou chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) des fragments peptidiques et 3) l’identification de ces derniers. Cette dernière étape peut se faire par des méthodes photométriques ou par spectrométrie de masse (MS). Au cours de la dernière décennie, les enzymes protéolytiques immobilisées ont acquis une grande popularité parce qu’elles peuvent être réutilisées et permettent une digestion rapide des protéines due à un rapport élevé d’enzyme/substrat. Pour étudier les nouvelles techniques d’immobilisation qui ont été développées dans le laboratoire du Professeur Waldron, la cartographie peptidique par CE est souvent utilisée pour déterminer le nombre total de peptides détectés et leurs abondances. La CE nous permet d’avoir des séparations très efficaces et lorsque couplée à la fluorescence induite par laser (LIF), elle donne des limites de détection qui sont 1000 fois plus basses que celles obtenues avec l’absorbance UV-Vis. Dans la méthode typique, les peptides venant de l’étape 1) sont marqués avec un fluorophore avant l’analyse par CE-LIF. Bien que la sensibilité de détection LIF puisse approcher 10-12 M pour un fluorophore, la réaction de marquage nécessite un analyte dont la concentration est d’au moins 10-7 M, ce qui représente son principal désavantage. Donc, il n’est pas facile d’étudier les enzymes des peptides dérivés après la protéolyse en utilisant la technique CE-LIF si la concentration du substrat protéique initial est inférieure à 10-7 M. Ceci est attribué à la dilution supplémentaire lors de la protéolyse. Alors, afin d’utiliser le CE-LIF pour évaluer l’efficacité de la digestion par enzyme immobilisée à faible concentration de substrat,nous proposons d’utiliser des substrats protéiques marqués de fluorophores pouvant être purifiés et dilués. Trois méthodes de marquage fluorescent de protéine sont décrites dans ce mémoire pour étudier les enzymes solubles et immobilisées. Les fluorophores étudiés pour le marquage de protéine standard incluent le naphtalène-2,3-dicarboxaldéhyde (NDA), la fluorescéine-5-isothiocyanate (FITC) et l’ester de 6-carboxyfluorescéine N-succinimidyl (FAMSE). Le FAMSE est un excellent réactif puisqu’il se conjugue rapidement avec les amines primaires des peptides. Aussi, le substrat marqué est stable dans le temps. Les protéines étudiées étaient l’-lactalbumine (LACT), l’anhydrase carbonique (CA) et l’insuline chaîne B (INB). Les protéines sont digérées à l’aide de la trypsine (T), la chymotrypsine (CT) ou la pepsine (PEP) dans leurs formes solubles ou insolubles. La forme soluble est plus active que celle immobilisée. Cela nous a permis de vérifier que les protéines marquées sont encore reconnues par chaque enzyme. Nous avons comparé les digestions des protéines par différentes enzymes telles la chymotrypsine libre (i.e., soluble), la chymotrypsine immobilisée (i.e., insoluble) par réticulation avec le glutaraldéhyde (GACT) et la chymotrypsine immobilisée sur billes d’agarose en gel (GELCT). Cette dernière était disponible sur le marché. Selon la chymotrypsine utilisée, nos études ont démontré que les cartes peptidiques avaient des différences significatives selon le nombre de pics et leurs intensités correspondantes. De plus, ces études nous ont permis de constater que les digestions effectuées avec l’enzyme immobilisée avaient une bonne reproductibilité. Plusieurs paramètres quantitatifs ont été étudiés afin d’évaluer l’efficacité des méthodes développées. La limite de détection par CE-LIF obtenue était de 3,010-10 M (S/N = 2,7) pour la CA-FAM digérée par GACT et de 2,010-10 M (S/N = 4,3) pour la CA-FAM digérée par la chymotrypsine libre. Nos études ont aussi démontrées que la courbe d’étalonnage était linéaire dans la région de travail (1,0×10-9-1,0×10-6 M) avec un coefficient de corrélation (R2) de 0,9991.

A study of chymotrypsin immobilization conditions for improved peptide mapping

La cartographie peptidique est une technique de grande importance utilisée lors de l’identification des protéines et la caractérisation des modifications post-traductionnelles des protéines. Deux méthodes sont utilisées afin de couper les protéines en peptides pour la cartographie : les méthodes chimiques et les méthodes enzymatiques. Dans ce projet, l’enzyme chymotrypsine a été utilisée pour l’hydrolyse (la digestion) des liens peptidiques. Cependant, l’autoprotéolyse des enzymes peut augmenter la complexité des échantillons, rendant ainsi ardue l’obtention de pics résolus suite à l’apparition de pics non-désirés dans la carte peptidique. Par conséquent, nous avons utilisé la réticulation des enzymes protéolytiques par réaction avec le glutaraldéhyde (GA) donnant une enzyme insoluble afin de réduire l’autoprotéolyse. L’immobilisation de la chymotrypsine par GA a été effectuée selon une méthode rapportée précédemment par le groupe Waldron. L’électrophorèse capillaire (CE) couplée à l’absorption UV-visible a été utilisée pour la séparation et la détection de peptides et pour obtenir ainsi une cartographie peptidique. Deux tampons différents ont été évalués afin d’obtenir les meilleures conditions pour la digestion de substrats protéiques par la chymotrypsine libre (soluble) ou la GAchymotrypsine et l’analyse par CE. Les cartes des peptides autoprotéolytiques ont été comparées entre les deux formats de chymotrypsine. Afin d’améliorer la cartographie peptidique, nous avons évalué trois méthodes de conditionnement du capillaire CE et deux méthodes pour stopper la digestion. Le bicarbonate d’ammonium s’est avéré être le tampon optimal pour la digestion en solution et l’utilisation d’un bain d’acétone et de glace sèche s’est avérée être la méthode optimale pour stopper la digestion. Une solution de SDS, 25 mM, dans l’étape de rinçage a été utilisée après chaque analyse CE et a permis d’améliorer la résolution des cartes peptidiques. La comparaison entre l’autoprotéolyse de la chymotrypsine libre et de celle immobilisé par GA a été effectuée par des tests utilisant une gamme de six différentes combinaisons de conditions afin d’évaluer le temps (30 et 240 min) et la température de digestion (4, 24 et 37°C). Dans ces conditions, nos résultats ont confirmé que le GA-chymotrypsine réduit l’autoprotéolyse par rapport à l’enzyme libre. La digestion (à 37°C/240 min) de deux substrats modèles par la chymotrypsine libre et immobilisée en fonction de la température de dénaturation du substrat a été étudiée. iii Avant la digestion, les substrats (l’albumine de sérum bovine, BSA, et la myoglobine) ont été dénaturés par chauffage pendant 45 min à trois températures différentes (60, 75 et 90°C). Les résultats ont démontré que la dénaturation par chauffage du BSA et de la myoglobine n’a pas amélioré la cartographie peptidique pour la GA-chymotrypsine, tandis que la digestion de ceux-ci en présence de la chymotrypsine libre a amélioré de façon quantifiable à des températures élevées. Ainsi, le chauffage du substrat à 90°C avec l’enzyme soluble facilite le dépliement partiel du substrat et sa digestion limitée, ce qui a été mieux pour la myoglobine que pour la BSA.

Optimization of incubation time of protein Tc85 in the construction of biosensor: Is the EIS a good tool?

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in pH 6.9 phosphate buffer solution was used to investigate each step of the procedure employed to modify a screen-printed electrode (SPE). The SPE was modified with self-assembled monolayers (SAMs) of cystamine (CYS, deposited from 20 mM solution), followed by glutaraldehyde (GA, 0.3 M solution). The Trypanosoma cruzi antigen was immobilized using different deposition times. The influence of incubation time (2-18 h) of protein was also investigated. The topography of modified electrode with this protein was investigated by atomic force microscopy (AFM). Interpretation of impedance data was based on physical and chemical adsorption, and degradation of the layer at high and meddle frequencies, and charge transfer reaction involving mainly the reduction of oxygen at low frequencies. EIS studies on modified electrodes with Tc85 protein immobilized for different incubation times indicated that the optimum incubation time was 6-8 h. It was demonstrated that EIS is a good technique to evaluate the different steps and the integrity of the surface modifications, and to optimize the incubation time of protein in the development of biosensors. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Investigation of the interaction between Tc85-11 protein and antibody anti-T cruzi by AFM and amperometric measurements

This present work reports on development of an amperometric immunosensor for the diagnosis of Chagas' disease using a specific glycoprotein of the trypomastigote surface, which belongs to the Tc85-11 protein family of Trypanosoma cruzi (T cruzi). An atomically flat gold surface on a silicon substrate and gold screen-printed electrodes were functionalized with cystatrine and later activated with glutaraldehyde (GA), which was used to form covalent bonds with the purified recombinant antigen (Tc85-11). The antigen reacts with the antibody from the serum, and the affinity reaction was monitored directly using atomic force microscopy or amperometry through a secondary antibody tagged to peroxidase (HRP). Surface imaging allowed to us to differentiate the modification steps and antigen-antibody interaction allowed to distinguish the affinity reactions. In the amperometric immunosensor, peroxidase catalyses the L-2 formation in the presence of hydrogen peroxide and potassium iodide, and the reduction current intensity was measured at a given potential with screen-printed electrodes. The immunosensor was applied to sera of chagasic patients and patients having different systemic diseases. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Optimization of incubation time of protein Tc85 in the construction of biosensor: Is the EIS a good tool?

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

Electrochemical reduction and determination of Cibacron Blue F3GA at poly-L-lysine modified glassy carbon electrode

The oxidation of a reactive dye, Cibacron Blue F3GA, CB, (C.I. 61211), widely used in the textile industries to color natural fibers, was studied by electrochemical techniques. The oxidation on glassy carbon electrode occurs in two steps at 2.0 < pH < 10 involving one electron transfer each to the amine group leading to the imide derivative. Stable films of poly-L-lysine (PLL) in the presence of glutaraldehyde (GA) 97.5%:2.5% on glassy carbon electrode can be used to detect low levels of dye using its oxidation peak at +0.75V by voltammetry. Linear calibration graphs were obtained for the CB reactive dye, from 1.0 X 10(-6) to 1.0 X 10(-5) mol L-1 in B-R buffer, pH 2.0, using a pre-concentration off-line during 10 min. The detection limit (3 sigma/slope) was calculated to be 4.5 X 10(-8) mol L-1. Films of PLL can readily be applied for the determination of CB dye bearing aminoanthraquinone as chromophore and chlorotriazinyl as reactive group at concentrations at least 100 times lesser than using a glassy carbon electrode without modification. The method described was applied for the determination of CB dye in tap water and raw water collected from the municipal treatment plant with a recovery of 89.2% +/- 5.4 and 88.0% +/- 6.5, respectively. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.