Small-animal SPECT/CT and nanofibrillar cellulose hydrogels : a preclinical evaluation of a potential novel biomaterial application

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151237
Title: Small-animal SPECT/CT and nanofibrillar cellulose hydrogels : a preclinical evaluation of a potential novel biomaterial application
Author: Laurén, Patrick
Other contributor: Helsingin yliopisto, Farmasian tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Helsingfors universitet, Farmaceutiska fakulteten
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2013
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201801151237
http://hdl.handle.net/10138/40776
Thesis level: master's thesis
Discipline: Biofarmaci
Biopharmacy
Biofarmasia
Abstract: Cellulose has already been used as an industrial raw material for over a century. However, during recent years the nanostructural features of the naturally occurring biopolymer have been fully investigated and characterized through different processing methods as nanofibrillar cellulose (NFC). This has led to a rapid development of novel cellulose based nanoscale materials and advancements in the field of composite materials. NFC offers interesting specific properties that differ from many other natural and synthetic polymers, such as self-renewable raw materials, semi-crystalline morphology, broad chemical modification capacity, biocompatibility and biodegradability. Biocompatibility and the biomimetic aspects of NFC have enabled the fabrication of nanoporous membranes and scaffolds that can function as medical devices (e.g. tissue engineering, wound healing, novel active implants). In this study, the properties of plant-derived NFC, as potential injectable drug releasing hydrogel "implants" were investigated. Three different sized candidate molecules were selected (123I-NaI, 123I-β-CIT and 99mTc-HSA, from small to large respectively) and investigated with the use of a small animal SPECT/CT molecular imaging device. Study compounds were mixed with the NFC biomaterial and injected into the pelvic region of mice. Drug release was observed for a period of 24 hours and the results were compared to saline/study compound control injections. In addition, 99mTc labeled NFC hydrogels were prepared for dual label tracing to observe the hydrogel positioning during the SPECT/CT acquisitions. For the smaller compounds (123I-NaI, 123I-β-CIT), no differences were found in the drug release or absorption in between the NFC biomaterial and saline injections. However, a clear difference was found with the large compound (99mTc-HSA). In the NFC hydrogel, the rate of release was slower and the distribution of 99mTc-HSA was more concentrated around the area of injection. In addition, the NFC hydrogel did not migrate from, or disintegrate, at the site of injection, suggesting a robust enough structural integrity to withstand normal movement and activity. In conclusion, the labeling of NFC was found to be a reliable and simple method. NFC hydrogels have the potential use as drug releasing medical devices with larger compounds. NFC matrix did not have any controlled release effect on the studied small molecules. Therefore further studies are required for more specific conclusions.Selluloosa on uusiutuva luonnonvara, jota on käytetty teollisuuden raaka-aineena jo useita vuosikymmeniä. Nykyään raakamateriaalien uusien käsittelymenetelmien ansiosta, myös selluloosan nanorakenteiden ominaisuuksia on päästy tutkimaan. Tämä on johtanut uudenlaisten selluloosajohdannaisten, kuten fibrilliselluloosan, kehittymiseen. Fibrilliselluloosa on ominaisuuksiltaan kemiallisesti helposti muokattavissa, bioyhteensopiva, biohajoava ja morfologialtaan osittain kiteinen. Lisäksi raakamateriaalina, selluloosan lähteet luonnossa on lähes ehtymättömät. Useista synteettisistä ja muista luonnon polymeereistä poiketen, fibrilliselluloosasta on valmistettu nanohuokoisia membraaneja ja fysiologisia rakenteita muistuttavia hydrogeelejä, joita on onnistuneesti käytetty lääkinnällisinä laitteina (kudosteknologia, haavan hoito, aktiivi-implantit). Tämän työn tarkoituksena oli tutkia fibrilliselluloosaa injektoitavana, lääkeainetta vapauttavana "implanttina". Kolme molekyyliä valittiin edustamaan erikokoisia lääkeaineita (123I-NaI, 123I-β-CIT ja 99mTc-HSA). Fibrilliselluloosaimplantin toimivuutta tutkittiin SPECT/CT pieneläin kuvantamislaitteella. Tutkittavat molekyylit sekoitettiin fibrilliselluloosa hydrogeeliin ja injektoitiin ihonalaisesti hiirten lantion seudulle. Lääkeaineen vapautumista seurattiin 24 tunnin ajan, ja tuloksia verrattiin tutkittavien lääkeaineiden suolaliuosinjektioihin. Lisäksi kaksoiskuvantamista varten hydrogeeli leimattiin 99mTc:lla, jotta implantin sijaintia voitaisiin tarkkailla kuvantamisen ajan. Pienten molekyylien vapautumisessa (123I-NaI, 123I-β-CIT) ei havaittu eroja hydrogeeli- ja suolaliuosinjektioiden välillä. Ison molekyylin (99mTc-HSA) vapautumisessa ero oli kuitenkin huomattava. Vapautumisen nopeus oli hydrogeelistä hitaampaa, ja lääkeaine oli keskittynyt injektioalueelle, eikä jakautunut ihonalaiskudokseen kuten suolaliuosinjektioissa. Fibrilliselluloosa ei ollut kulkeutunut pois tai hajonnut injektioalueella koko kuvantamisen aikana, joten se on rakenteeltaan riittävän kestävä sietääkseen normaalia liikkumista ja toimintaa. Fibrilliselluloosan leimaus osoittautui luotettavaksi ja yksinkertaiseksi menetelmäksi. Injektoitava hydrogeeli on mahdollisesti tehokas lääkeainetta hallitusti vapauttava implantti isommille lääkeaineille, kuten proteiinit tai petidit. Eri lääkeaineiden tarkkailu vaatisi kuitenkin jatkotutkimuksia, jotta johtopäätöksiä voitaisiin tarkentaa.
Subject: SPECT/CT
depot
in vivo
Tc-99m
nanofibrillar cellulose
hydrogel
controlled release
small-animal
labeling
hydrogeeli
hallittu vapautuminen
leimaus
fibrilliselluloosa


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
PJLauren Gradu.pdf 1.359Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record