Biomaterials containing biologically active compounds: metallic nanoparticles (Au, Ag/Au) and extracts of damask rose and rugosa rose - synthesis and characterization

Obecnie coraz częściej zmagamy się z wyzwaniami dotyczącymi zakażeń bakteryjnych, zarówno ran pooperacyjnych, jak i powstałych wskutek rozległych oparzeń. Pojawia się coraz więcej szczepów opornych na dotychczas stosowane leki, w związku z tym, podejmowane są poszukiwania alternatywnych środków o działaniu antybakteryjnym. Pomocna okazuje się być nanotechnologia, dzięki której zyskujemy wiele innowacyjnych możliwości i strategii walki z drobnoustrojami. Do tego celu można wykorzystać polimerowe nanowłókna otrzymywane na drodze elektroprzędzenia, które można zastosować jako opatrunki. Technika elektroprzędzenia nie jest skomplikowana, a także nie wymaga wieloetapowego sporządzania mieszanin, które potem są wykorzystywane podczas przędzenia. Nanowłókna mogą być w zasadzie otrzymane z dowolnego polimeru .Do ich wytwarzania zastosować można biopolimery, które są biokompatybilne i nietoksyczne dla organizmu, a dodatkowo niektóre z nich posiadają potwierdzone właściwości bakteriostatyczne. Ponadto, istnieje możliwość połączenia włókien z nanocząstkami metalicznymi, prekursorami leków, czy ekstraktami roślinnymi. Odpowiednio zaprojektowane materiały hybrydowe zapewniają wielopłaszczyznowe podejście m.in podczas leczenia ran. Dobór właściwego polimeru będącego składnikiem nanowłókien pozwala wspomagać regenerację tkanek oraz nie dopuszcza do zakażeń spowodowanych drobnoustrojami. Gojenie rany może zostać przyspieszone również, gdy w elektroprzędzonych opatrunkach zastosuje się ekstrakt pozyskany np. z róży damasceńskiej bądź innej rośliny. Dodatkowo może on wspomagać zwalczanie infekcji bakteryjnych. Niniejsza praca magisterska miała na celu otrzymanie elektroprzędzonych nanowłókien o potencjalnych właściwościach antybakteryjnych, w skład których wchodził chitozan, poli(alkohol winylowy), ekstrakty różane oraz nanocząstki złota i nanogwiazdy mono- oraz bimetaliczne. Charakterystyka TEM uzyskanych mat pokazała, iż otrzymano włókna o dobrej morfologii. Ponadto badano 2 podejścia syntetyczne, które pozwoliły na uzyskanie nanogwiazd Au oraz bimetalicznych nanostruktur Au/Ag. Szczegółowo sprawdzono wpływ poszczególnych reagentów oraz warunków syntezy na powstające struktury i ich morfologię. Wstępne badania z zakresu mikrobiologii, które dotyczyły nanowłókien oraz ich poszczególnych komponentów ujawniły, iż niektóre z nich, tj. ekstrakt z róży damasceńskiej, liofilizowane nanogwiazdy Au/Ag wykazują zadowalające działanie przeciwbakteryjne względem bakterii z gatunku Escherichia coli oraz Bacillus paramycoides.

Currently, we are increasingly faced with the bacterial infections, including infected postoperative wounds and extensive burn wounds. There are more and more strains resistant to the drugs used so far, therefore the search for alternative antibacterial agents should be undertaken. Nanotechnology turns out to be helpful, thanks to which we gain many possibilities and strategies to fight microorganisms. For this purpose, electrospun polymer nanofibers can be used as wound dressings. The electrospinning technique is not complicated and does not require multi-stage preparation of mixtures, which are then used during spinning. In principle, nanofibers can be obtained from any polymer. Biopolymers that are biocompatible and non-toxic can be used for their production, and additionally some of them have proven antimicrobial properties. Moreover, it is possible to combine fibers with metallic nanoparticles, drug precursors or plant extracts. Properly designed materials provide a multi-path approach, among others when healing wounds. The selection of the appropriate polymer that is a component of nanofibers helps to support tissue regeneration and prevents infections caused by microorganisms. Wound healing can also be shortened when an extract, for example, from a damask rose or other plant is added to electrospun dressings. Moreover, it can help fight bacterial infections. This MSc thesis was aimed at obtaining electrospun nanofibers with potential antibacterial properties, which was composed of chitosan, poly(vinyl alcohol), rose extracts, gold nanoparticles and mono- and bimetallic nanostars. TEM characteristics of the resulting biomaterials showed that electrospun fibers had a proper morphology. Moreover, two synthetic approaches that allowed to obtain Au nanostars and bimetallic Au/Ag nanostructures were studied. The influence of particular reagents and synthesis conditions on the formed structures and their morphology were examined in detail. Initial microbiological tests of nanofibers and their specific components revealed that some of them, i.e. the extract from rugosa rose, lyophilized Au/Ag nanostars showed significant antibacterial activity against Escherichia coli and Bacillus paramycoides bacteria strains.