Antibacterial scaffolds constituted by trilayers of microfibers based on polylactide and poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)

Abstract

L’objectiu d’aquest treball final de màster va ser la fabricació de fibres poroses uniaxials i amb tricapa que presentésfuncions antibacterianesi potencialment d’altresfuncionalitats (antitumoral, antioxidant, antibaterial...). Les fibres es van fabricar mitjançant la tècnica de l’electrospinning a partir d’una dissolució de polímers i sempre treballant amb un polímer comercial, el PHB. El disseny de les matrius va consistir en una capa de mescla PLA/PEG als extrems i PHBV al mig, amb configuració similar a un tipus sandvitx. La droga antibacterial es va incorporar també a la capa intermitja, mesclada amb el PHBV. A més, van afegir també partícules d’hidroxiapatita per formar complexes Matriu-Hidroxiapatita i així poder estudiar la alliberació de droga. Per tal d’obtenir les matrius amb les condicions òptimes, es van modificar els paràmetres durant l’electrospinning de fibres amb una sola capa i es van provar diferents concentracions i diferents dissolvents. Un cop obtinguts els valors òptims dels paràmetres i el dissolvent adequat, es va procedir a crear diferent matrius amb diferents característiques i components per el seu posterior estudi. En el desenvolupament del projecte es van dur a terme diferents caracteritzacions, tant físiques com químiques de les matrius creades. Primer es va estudiar els angles de contacte, en funció del comportament de l’aigua al estar en contacte amb la superfície de les matrius. Tots els resultats obtinguts van ser superiors a 120º per tant, es va considerar el polímer estudiat era de tipus hidrofòbic, ja que presentava valors superiors al 90º. Posteriorment, es van analitzar els diàmetres de les fibres que s’obtenien a les matrius mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM) i també es va obtenir l’espectre de cadascuna dels components que es van utilitzar per muntar les matrius (per espectroscòpia infraroig) per tal d’obtenir les absorcions dels components que formaven part d’elles. Per últim es va realitzar un estudi de l’alliberació de la droga, dissolent una mostra de les matrius que contenien la droga (per triplicat) amb un medi utilitzat per creixement biològic (PBS). L’estudi es va realitzar en un temps total de 48h, realitzant mostreigs periòdics i finalment, analitzant les absorbàncies obtingudes mitjançant l’espectrometria UV-Vis per obtenir concentracions finals i amb les seves regressions, obtenir dades sobre l’alliberació en el temps de la droga. El treball realitzat al laboratori inclou el muntatge experimental, la preparació de les dissolucions de polímers per dur a terme cadascuna de les tècniquesi la realització dels experiments mitjançant cadascuna de les tècniques mencionades. Finalment, a partir de les diferents proves realitzades es va poder determinar la naturalesa del polímer emprat, la seva morfologia, el seu comportament químic així com la capacitat d’alliberament de droga que presenta vers el temps.

El objetivo de este trabajo final de máster fue la fabricación de fibras porosas uniaxiales y con tricapa que presentase funciones antibacterianas y potencialmente otras funcionalidades (antitumoral, antioxidante, antibacterianas...). Las fibras se fabricaron mediante la técnica de la electrospinning a partir de una disolución de polímeros y siempre trabajando con un polímero comercial, el PHB. El diseño de las matrices consistió en una capa de mezcla PLA/PEG en los extremos y PHBV en medio, con configuración similar a un tipo sándwich. La droga antibacteriana se incorporó también a la capa intermedia, mezclada con el PHBV. Además, se añadieron también partículas de hidroxiapatita para formar complejos Matriz-Hidroxiapatita y así poder estudiar la liberación de droga. Para obtener las matrices con las condiciones óptimas, se modificaron los parámetros durante el electrospinning de fibras con una sola capa y se probaron diferentes concentraciones y diferentes disolventes. Una vez obtenidos los valores óptimos de los parámetros y el disolvente adecuado, se procedió a crear diferentes matrices con diferentes características y componentes para su posterior estudio. En el desarrollo del proyecto se llevaron a cabo diferentes caracterizaciones, tanto físicas como químicas de las matrices creadas. Primero se estudió los ángulos de contacto, en función del comportamiento del agua al estar en contacto con la superficie de las matrices. Todos los resultados obtenidos fueron superiores a 120° por lo tanto, se consideró que el polímero estudiado era de tipo hidrofóbico, puesto que presentaba valores superiores al 90°. Posteriormente, se analizaron los diámetros de las fibras que se obtenían mediante microscopia electrónica de rastreo (SEM) y también se obtuvo el espectro de cada uno de los componentes que se utilizaron para montar las matrices (por espectroscopia infrarrojo) para obtener las absorciones de los componentes que formaban parte de ellas. Por último, se realizó un estudio de la liberación de la droga, disolviendo una muestra de las matrices que contenían la droga (por triplicado) con un medio utilizado para crecimiento biológico (PBS). El estudio se realizó durante un tiempo total de 48h, realizando muestreos periódicos y finalmente, analizando las absorbancias obtenidas mediante la espectrometría UV-Vis, para obtener concentraciones finales y con susregresiones, obtener datos sobre la liberación de la droga en el tiempo. El trabajo realizado en el laboratorio incluye el montaje experimental, la preparación de las disoluciones de polímeros para llevar a cabo cada una de las técnicas y la realización de los experimentos mediante cada una de las técnicas mencionadas. Finalmente, a partir de las diferentes pruebas realizadas se pudo determinar la naturaleza del polímero empleado, su morfología, su comportamiento químico, así como la capacidad de liberación de droga presentaba respecto al tiempo.

The objective of this final master thesis was the fabrication of porous uniaxial trilayer fibers that present antibacterial functions and other potential functionalities (antitumoral, antioxidant, antibacterial...). Fibers were made by means of electrospinning technique, from a polymer solution and aways working with a commercial polymer type, PHB. Scaffolds design consists of a mixture PLA/PEG applied in a layer on extremes and PHBV at the middle, with a sandwich seems configuration. Antibacterial drug was added to intermediate layer, mixed with PHBV. Additionally, it was added particles of hydroxyapatite to form Scaffold-Hydroxyapatite complexes and allow to study drug liberation. To obtain scaffolds in optimum conditions, it was modified the parameters during electrospinning process with unilayer scaffolds and there were tested different concentrations and solvents. Once optimal parameters were obtained and the suitable solvent, different scaffolds were created with different characteristics and components for its posterior study. During the development of the project, different physical and chemical characterizations were made on the created polymer scaffolds. Firstly, contact angle of the scaffolds was evaluated in function of water behavior been in contact with surface scaffold. All angles obtained were higher than 120º and, for so, it was considered that the polymer analyzed was hydrophobic, as it has values higher than 90º. Subsequently, it was analyzed the diameters of fibers by means ofscanning electron microscopy (SEM) and spectra were obtained for each of the components that were used to make the scaffolds (by FTIR spectroscopy) and obtain the absorbances of the components that be part of them. Finally, it was made a liberation of the drug study, dissolving a sample of the scaffold that contains the drug per triplicated, with a biological grown media (PBS). The study was done during a total time of 48h, making periodical samplings and, finally, analyzing obtained absorbances by means of UV-Vis spectroscopy, to obtain the final concentrations and its regressions, obtaining data about drug release pending time. The laboratory tasks made, include experimental setup, preparation of polymer solutions to carry out each of the techniques and the perform of the experiments by means of all the mentioned techniques. Finally, from the different tests performed, it was possible to stablish the nature of the polymer used, its morphology, chemical behavior, and its capacity to drug release in time.