Příprava (bio)polymerních matric pro přenos látek a studium jejich uvolňování

Ing. Monika Muchová

Doctoral thesis

Preparation of (bio)polymer matrices for substance transfer and study of their release

Abstract:

Práce je zaměřena na studium hydrogelových filmů připravených z oxidovaných polysacharidových síťovacích činidel a polyvinylalkoholu (PVA) se zaměřením na biomedicínské aplikace, zejména podávání léčiv. Zpočátku byla studována role matrice (PVA) zesíťované 2,3-dialdehydcelulózou (DAC) v hydrogelech navržených pro transdermální podávání biologicky aktivních sloučenin. Byly zkoumány vlastnosti hydrogelu, struktura a kinetika uvolňování léčiva. Optimalizace bylo dosaženo změnou množství zesíťovacího činidla DAC a hmotnostní průměrné molekulové hmotnosti (Mw) PVA. Nejlepších výsledků bylo dosaženo u hydrogelových filmů s použitím 0,25 % hm. DAC a PVA s Mw=130 kDa, které měly vysokou poréznost, kapacitu nanášení léčiva, mechanické vlastnosti a adhezi ke kůži u všech testovaných vzorků. Dále byly porovnány různé typy oxidovaných dialdehydových polysacharidových síťovacích činidel (DAP) na bázi celulózy, dextranu, dextrinu a kyseliny hyaluronové na vybrané PVA matrici, ze které byly vytvořeny PVA/DAPs hydrogelové filmy. Cílem bylo formulovat vztah struktura/funkce a vybrat nejlepší síťovací činidla pro danou aplikaci. Vlastnosti PVA/DAP hydrogelů byly porovnány na základě hustoty -CHO skupin, struktury síťovacích činidel, molekulové hmotnosti a velikosti nano-souborů síťovacích činidel, které se spontánně vytvořily v jejich roztocích. Všechny připravené hydrogelové filmy s různým množstvím DAC a Mw PVA síťovadla (PVA/DAC) a PVA/DAPs filmy byly analyzovány na základě mechanických, viskoelastických vlastností, porozity, bobtnání, obsahu vody, síťových parametrů a cytotoxicity. Síťovací činidla na bázi lineárních polysacharidů (celulóza, hyaluronát) fungovala spolehlivěji, zatímco přítomnost větvení by mohla být prospěšná (dextran) i škodlivá (dextrin) při nižších koncentracích síťovacích činidel.

Abstract:

The thesis focuses on the study of hydrogel films prepared from the oxidized polysaccharide crosslinkers and polyvinyl alcohol (PVA) aimed at biomedical applications, particularly drug delivery. Initially, the role of the matrix (PVA) characteristics was studied in hydrogels crosslinked by 2,3-dialdehyde cellulose (DAC) and designed for the transdermal delivery of biologically active compounds. Hydrogel structure, properties, and drug release kinetics were investigated. Optimization was achieved by varying the amounts of DAC crosslinker and weight average molecular weight (Mw) of PVA. The best results were obtained for hydrogel films using 0.25% wt. DAC and PVA with Mw=130 kDa which had high porosity, drug loading capacity, mechanical properties, and skin adhesion among all tested samples. Next, different types of oxidized dialdehyde polysaccharide crosslinkers (DAP) based on cellulose, dextran, dextrin, and hyaluronic acid were compared on the selected PVA matrix, from which PVA/DAPs hydrogel films were created. The goal was to formulate a structure/function relationship and to select the best crosslinkers for a given application. The properties of PVA/DAP hydrogels were compared based on the density of -CHO groups, the structure of the crosslinkers, the molecular weight, and the size of the crosslinker nano-assemblies formed spontaneously in their solutions. All prepared hydrogel films with different amounts of DAC and Mw PVA crosslinker (PVA /DAC) and PVA/DAPs films were analyzed based on mechanical, viscoelastic properties, porosity, swelling, water content, network parameters, and cytotoxicity. Crosslinkers based on linear polysaccharides (cellulose, hyaluronate) performed more reliably, while the presence of branching could be both beneficial (dextran) and detrimental (dextrin) at lower crosslinker concentrations.

Keywords

síťovadla, polyvinylalkohol, hydrogely, polysacharidy, biokompatibilita

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 10. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 12. 1. 2024
• Supervisor: prof. Ing. et Ing. Ivo Kuřitka, Ph.D. et Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Doctoral programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Technology of Macromolecular Compounds