Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Bioinspired capsules based on nanocellulose, xyloglucan and pectin - The influence of capsule wall composition on permeability properties
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Centra, Wallenberg Wood Science Center. KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi.
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi. KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Centra, Wallenberg Wood Science Center.
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi. KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Centra, Wallenberg Wood Science Center.
2018 (Engelska)Ingår i: Acta Biomaterialia, ISSN 1742-7061, E-ISSN 1878-7568, Vol. 69, s. 196-205Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Materials based on renewable biopolymers, selective permeability and stimuli-responsive release/loading properties play an important role in biomedical applications. Here, in order to mimic the plant primary cell-wall, microcapsules have been fabricated using cell wall polysaccharides, namely pectin, xyloglucan and cellulose nanofibers. For the first time, a large amount of xyloglucan was successfully included in such capsules. These capsules demonstrated stimuli-responsive (ON/OFF) permeability and biocompatibility. The live cell staining revealed that the microcapsules' surface enhanced cell growth and also the non-toxic nature of the microcapsules. In water, the microcapsules were completely and partially permeable to fluorescent dextrans with an average molecular weight of 70 kDa (hydrodynamic diameter of ca. 12 nm) and 2000 kDa (ca. 54 nm), respectively. On the other hand, the permeability dropped quickly when the capsules were exposed to 250 mM NaCl solution, trapping a fraction of the 70 kDa dextrans in the capsule interior. The decrease in permeability was a direct consequence of the capsule-wall composition, i.e. the presence of xyloglucan and a low amount of charged molecules such as pectin. The low permeability of capsules in saline conditions (and in a model biological medium), combined with a capsule wall that is made from dietary fibers only, potentially enables their use in biological applications, such as colon targeted delivery in the gastro-intestinal tract. 

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
ELSEVIER SCI LTD , 2018. Vol. 69, s. 196-205
Nyckelord [en]
Biomimetic microcapsules, Cellulose nanofiber, Xyloglucan, Pectin, Switchable permeability, Layer-by-layer
Nationell ämneskategori
Materialteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-225719DOI: 10.1016/j.actbio.2018.01.003ISI: 000427334100015PubMedID: 29341931OAI: oai:DiVA.org:kth-225719DiVA, id: diva2:1196616
Forskningsfinansiär
Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), ICA14-0045
Anmärkning

QC 20180410

Tillgänglig från: 2018-04-10 Skapad: 2018-04-10 Senast uppdaterad: 2019-10-11Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Plant cell-inspiredmicrocontainers: Fabrication, Characterization and Applications
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Plant cell-inspiredmicrocontainers: Fabrication, Characterization and Applications
2019 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt) [Forskning på konstnärlig grund]
Abstract [en]

Biomimetic materials have been inspiring mankind since a longtime for applications in a variety of fields. In particular, the production of lipidbasedvesicles have aided in our understanding of a variety of functions in animalcells, and also served as e.g. drug delivery systems and bioreactors. On thecontrary, the preparation of synthetic plant cells is limited, which is mainly due tothe challenges of building the complex plant primary cell wall fencing the lipidplasma membrane in real plant cells.The present thesis focuses on the bottom-up fabrication ofbiomimetic microcontainers that can serve as simple model systems for plant cells.In the first part, the interactions of plant cell wall polysaccharides, cellulosenanofibers (CNFs), pectin and xyloglucan, are examined. The knowledge is used inthe fabrication of microcapsules and the permeability properties were assessed.The results show that the polysaccharides must be assembled in a specific order inthe capsule wall to incorporate all the three polysaccharides. Additionally, thestructural stability and permeability highly depend on the capsule wallcomposition. The permeability also depends on the composition of thesurrounding media.The second part deals with the fabrication of more advancedbiomimetic microcapsules, with a lipid layer beneath the polysaccharide capsulewall. These capsules are semi-permeable and the phase behavior of the lipids isexploited to grow tubular structures (long filamentous structures) through thecapsule wall, as well as create a vesicle-crowded interior. Real plant cells usetubular structure (Plasmodesmata) for intercellular communications.In the third part, application-oriented aspects of the fabricatedmicrocapsules are discussed. The LbL-derived microcapsules (from the first part)were loaded with active glucose oxidase enzyme, thereby allowing their use as aglucose sensor. The capsule wall acts like a sieve, only allowing small molecules toeffectively pass through. Finally, cell culture experiments demonstrate theirbiocompatibility, paving way for tissue culture applications.

Abstract [sv]

Biomimetiska material har inspirerat mänskligheten sedan längeför applikationer inom olika områden. Framställningen av lipidbaserade vesiklarhar särskilt bidragit till vår förståelse av olika funktioner i djurceller samt tjänatsom t.ex. läkemedelsleveranssystem och bioreaktorer. Tvärtom är beredningen avsyntetiska växtceller begränsad, vilket främst beror på utmaningarna med attbygga och kombinera den komplexa primära cellvägg en med ett lipid-baseratplasmamembran.Denna avhandling fokuserar på ”bottom-up” tillverkning avbiomimetiska mikrobehållare som kan fungera som enkla modellsystem förväxtceller. I den första delen undersöks växelverkningarna mellanväxtcellväggspolysackariderna, cellulosa-nanofibrer (CNF), pektin och xyloglucan.Kunskapen används i nästa steg vid tillverkning av mikrokapslar. Resultaten visaratt, om man vill införliva alla tre polysackarider, måste de adsorberas i en specifikordning. Dessutom beror den strukturella stabiliteten och permeabiliteten hoskapselväggen på kapselväggkompositionen. Permeabiliteten beror också påsammansättningen hos den omgivande vätskan.Den andra delen behandlar tillverkning av mer avanceradebiomimetiska mikrokapslar, som innehåller ett lipidskikt underpolysackaridkapselväggen. Dessa kapslar är permeabla för vissa storlekar avmolekyler men inte andra. Lipidernas fasbeteende utnyttjas för att växa tubulärastrukturer (långa trådformade strukturer) genom kapselväggen, samt för att skapaen inre kapselmiljö som består av många små vesiklar. Växtceller i naturenanvänder rörformade strukturer (så kallade plasmodesmata) för att transporteramolekyler mellan närliggande celler.I den tredje delen diskuteras applikationsorienterade aspekter.Mikrokapslarna, som tillverkat med LbL-tekniken (från den första delen), kanladdas med ett glukosoxidas-enzym, varigenom de går att använda somglukossensor. Permeabilitetsegenskaperna hos kapselväggen tillåter bara att småmolekyler att passerar snabbt. Slutligen visar cellkultursexperiment att kapslarnaär biokompatibla, vilket banar väg för nya biomedicinska applikationer.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm, Sweden: KTH Royal Institute of Technology, 2019. s. 66
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 52
Nationell ämneskategori
Naturvetenskap Växtbioteknologi Materialteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-261587 (URN)978-91-7873-328-6 (ISBN)
Disputation
2019-11-04, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 2019-10-08

Tillgänglig från: 2019-10-08 Skapad: 2019-10-08 Senast uppdaterad: 2019-10-08Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextPubMed

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Paulraj, ThomasRiazanova, A. V.Svagan, A. J.
Av organisationen
Wallenberg Wood Science CenterFiber- och polymerteknologi
I samma tidskrift
Acta Biomaterialia
Materialteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
pubmed
urn-nbn
Totalt: 274 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf