Cząstki polimerowe z inkorporowanymi nanoczastkami nieorganicznymi oraz lekami przeciwnowotworowymi

Stosowanie cewników i innych inwazyjnych wyrobów medycznych niesie wysokie ryzyko infekcji oraz formowania błon mikrobiologicznych. Skutecznym rozwiązaniem tego problemu jest modyfikacja powierzchni tworzyw sztucznych aktywnymi biologicznie powłokami polimerowo-nieorganicznymi, stanowiącymi cel badawczy opisywanej pracy. W pierwszym etapie na szkiełka naniesiono cienkie filmy polikaprolaktonu (PCL) techniką powlekania obrotowego (spin-coating). Następnie przeprowadzono na nich syntezę in situ nanocząstek srebra (AgNPs) poprzez redukcję azotanu srebra kwasem askorbinowym. Kluczowym krokiem technologicznym było wygrzewanie podłoży w kontakcie z fazą wodną w temperaturze 78 °C. Proces ten wywołał zjawisko odwilżania termicznego (dewettingu). Doprowadziło to do kontrolowanej dezintegracji ciągłego filmu i uformowania sferycznych cząstek polimerowych (półkulek) z inkorporowanymi nanocząstkami srebra. Morfologię powierzchni oraz stopień rozproszenia nanocząstek na powierzchni polimeru poddano analizie z wykorzystaniem mikroskopii optycznej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Proces optymalizacji objął również weryfikację efektywności oczyszczania podłoży w myjce ultradźwiękowej EMAG Emmi-20 HC. W drugim etapie przygotowane próbki stabilizowano w płytkach hodowlanych za pomocą silikonu medycznego. Podłoża poddano badaniom biologicznym in vitro z wykorzystaniem linii raka piersi MDA-MB-231. Układy badano w wariancie z samymi nanocząstkami srebra oraz po adsorpcji doksorubicyny. Badania wykazały, że zaprojektowane układy hybrydowe generują silny efekt cytotoksyczny i prowadzą do gwałtownego spadku żywotności metabolicznej komórek raka piersi. Wprowadzenie doksorubicyny wywołało silny, synergistyczny efekt cytotoksyczny. Spadek aktywności metabolicznej zależał od stężenia użytego roztworu leku. Najwyższą skuteczność onkologiczną odnotowano dla najwyższych dawek antracykliny. Zaprojektowane powłoki stanowią obiecujący model miejscowych systemów typu co-delivery.

The use of catheters and other invasive medical devices carries a high risk of infection and biofilm formation. An effective solution to this problem is the surface modification of plastics with biologically active polymer-inorganic coatings. This approach constitutes the research aim of the presented work.In the first stage, thin films of polycaprolactone (PCL) were deposited onto glass slides using the spin-coating technique. Subsequently, in situ synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) was carried out via the reduction of silver nitrate with ascorbic acid. A critical technological step involved heating the substrates in contact with an aqueous phase at 78 °C. This process induced the phenomenon of thermal dewetting. It led to the controlled disintegration of the continuous film and the formation of spherical polymer particles (hemispheres) with incorporated silver nanoparticles.Surface morphology and the degree of nanoparticle dispersion on the polymer surface were analyzed using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The optimization process also included verifying the efficiency of cleaning the substrates in an EMAG Emmi-20 HC ultrasonic bath.In the second stage, the prepared samples were stabilized in culture plates using medical-grade silicone. The substrates were subjected to in vitro biological assays using the MDA-MB-231 breast cancer cell line. The systems were investigated both with silver nanoparticles alone and after the adsorption of doxorubicin.The assays demonstrated that the designed hybrid systems generate a potent cytotoxic effect. They lead to a rapid decrease in the metabolic viability of breast cancer cells. The introduction of doxorubicin induced a strong, synergistic cytotoxic effect. The reduction in metabolic activity depended on the concentration of the drug solution used. The highest oncological efficacy was recorded for the highest doses of the anthracycline. The engineered coatings represent a promising model for local co-delivery systems.