Coagulase negative staphylococci (CoNS) are the most prevalent bacterial contaminants of platelet concentrates (PCs), and have been implicated in severe and fatal transfusion reactions. Of this group, Staphylococcus epidermidis is most frequently identified. The preliminary objective of this thesis was to confirm that S. epidermidis could form biofilms under platelet storage conditions. This was achieved using a modified crystal violet staining assay to detect plastic-adherent bacterial cells and examination of attachment processes by scanning electron microscopy. A collection of CoNS isolated from PCs obtained from reportedly healthy donors was then assessed for biofilm-forming potential at the genetic and phenotypic level. Despite the presumable commensal origin of these isolates, a high proportion of S. epidermidis strains displayed a biofilm positive phenotype. The threat of S. epidermidis biofilm formation during platelet storage identified herein signifies that any alterations made to platelet storage protocols should be evaluated with consideration of this risk. The advent of platelet additive solutions (PASs) as an alternative to plasma for PC storage provides a relevant example, since little is known about the effect of PAS on contaminant bacteria, and vice versa. Growth and biofilm formation by S. epidermidis and the Gram-negative bacterium Serratia liquefaciens were measured in PAS- or plasma-PCs over 5 days, simulating standard platelet storage conditions, after initial inoculation with low, clinically relevant bacterial concentrations. Assays for platelet quality were performed simultaneously. Only S. liquefaciens exhibited a slower doubling time in plasma-PCs than in PAS-PCs. Biofilm formation by both species was reduced during storage in PAS-PCs, increasing bacteria availability for detection. Although S. liquefaciens adversely affected platelet quality in both media, S. epidermidis contamination did not. Ultimately, culture-based detection remains the earliest indicator of bacterial presence in PAS-PCs. Lastly, since formation of platelet-bacteria aggregates is largely based on receptor-ligand interactions, it was postulated that biofilm formation by contaminant bacteria could be abrogated by receptor shielding. Methoxypoly(ethylene glycol) was applied to covalently modify the platelet surface using a process termed ‘PEGylation’. It is herein demonstrated that PEGylation of PCs inoculated with S. epidermidis results in significantly reduced bacterial binding and biofilm formation during platelet storage.

Predložená diplomová práce se zabývá syntézou biodegradabilních polyuretanu (bio-PU) na bázi polyethylenglykolu (PEG-u) a polykaprolaktonu (PCL) pro využití k medicínským úcelum. Cílem práce bylo vyvinout metodiku prípravy elastomerního polyuretanu, ze kterého by se dal v budoucnu pripravit skafold (nosic bunek) použitelný v tkánovém inženýrství pro humánní regenerativní medicínu. Teoretická cást práce shrnuje informace o materiálech využitelných pro zamýšlenou aplikaci. Zahrnuty jsou také techniky prípravy skafoldu, jejich biokompatibilita a charakterizace vlastností výsledného materiálu. Praktická cást je pak zamerena na navržení vhodné metodiky pro prípravu funkcních vzorku obsahujících PEG, PCL, hexamethylen-diisokyanát (HMDI) a ethylhexanoát cínatý jako katalyzátor. U pripravených vzorku byl zjištován vliv jejich složení (predevším ruzný obsah a molekulová hmotnost PEG-u) na botnání a hydrolytickou stabilitu spolecne s testováním mechanických vlastností, sledováním kinetiky sítování a stanovením stupne konverze. Morfologie vzorku byla sledována pomocí optické mikroskopie, chemické složení bylo potvrzeno infracervenou spektroskopií a tepelné vlastnosti byly urceny diferencní kompenzacní kalorimetrií. Vývoj v metodice prípravy ukázal, že je nezbytné odstranit pred syntézou z výchozích látek veškeré necistoty, predevším vodu a kyslík, jinak vznikaly nedokonale zreagované vzorky s velkým obsahem póru ruzných velikostí. Syntéza všech vzorku probíhala pod dusíkovou atmosférou ve dvou krocích, kdy v prvním se pouze homogenizovaly oba polyoly (PEG i PCL) na vakuové lince pri 130 °C a ve druhém pak vznikaly výsledné bio-PU za pridání HMDI pri 65 °C v inertní atmosfére manipulacního boxu. Vzorky pak byly dopolymerovány ve forme pri 65 °C pod dobu 48 hodin v sušárne. Ruzné fyzikální podmínky metodiky vedly k príprave jak nepruhledných bílých filmu, tak i vzorku s viditelnou separací fází až po flexibilní transparentní filmy. Pozorování optickým mikroskopem vzorku s fázovou separací prokázalo prítomnost sférolitické struktury krystalické fáze PCL v amorfní fázi matrice PEG-u. Sledování kinetiky sítování pomocí soxhletovy extrakce potvrdilo maximální konverzi polymerace (96 %) již za 4 h dopolymerování v sušárne. Testování zkouškou v tahu ukázalo, že výrazný vliv na pevnost v tahu má isokyanátový index (pomer NCO/OH skupin). Molekulová hmotnost PEG-u ovlivnovala pevnost v tahu jen u vzorku zcela zesítovaných. Merení botnání vzorku ve vode prokázalo, že s rustem molekulové hmotnosti PEG-u roste i obsah vody (od cca 28 až po 58 hm.%) ve vzorcích. Také degradace filmu ve vode pri 37 °C probíhala dle predpokladu rychleji u vzorku s vyšší molekulovou hmotností PEG-u. V predložené diplomové práci bylo potvrzeno, že množstvím a molekulovou hmotností polyethylenglykolu je možné rídit hydrolytickou stabilitu výsledných biodegradabilních polyuretanových elastomeru.

Předkládaná dizertační práce se zabývá novým způsobem přípravy biodegradabilních polyuretanů (PU) a jejich modifikací biologicky aktivními celulózovými nanokrystaly. Literární rešerše se zaměřuje na bioresorbovatelné PU v tkáňovém inženýrství. Shrnuje příklady těchto PU elastomerů, skafoldů (nosičů buněk) i injektovatelných PU společně se způsoby biodegradace na netoxické produkty. Poslední část je zaměřena na nanocelulózu, která si získala pozornost díky svým pozoruhodným fyzikálním (velký specifický povrch, mechanické vlastnosti) a biologickým (biokompatibilita, biodegradabilita a nízká toxicita) vlastnostem jako materiál pro biomedicínu. V experimentální části byly charakterizovány amfifilní biodegradovatelné polyuretanové filmy (bio-PU) syntetizované bez použití rozpouštědla polyadiční reakcí z hydrofilního poly(ethylenglykolu) (PEG) a hydrofobního poly(e-kaprolaktonu) (PCL) jako makrodiolů společně s hexamethylen diizokyanátem. Připravené bio-PU filmy byly charakterizovány pro různé poměry jak mezi PEG/PCL, tak i mezi NCO/OH reagujícími skupinami (izokyanátový poměr). Bio-PU filmy projevily markantní nárůst mechanických vlastností při hmotnostním poměru PEG/PCL rovnému nebo menšímu než 20/80 díky vzniku krystalických domén PCL. Přítomnost PEGu zvyšovala schopnost bio-PU filmu absorbovat vodu i urychlila jeho hydrolytickou degradaci. Oproti tomu nižší absorpční schopnost a delší čas hydrolytické degradace materiálu způsobil vyšší izokyanátový poměr, a tedy i vyšší síťová hustota. Třetí část práce se zabývá přípravou polyuretanových nanokompozitů unikátní metodou bez použití rozpouštědla za využití bio-PU matrice a celulózových nanokrystalů buď nemodifikovaných, nebo povrchově roubovaných PEGem. Strukturní analýza prokázala, že přítomnost tyčinkovitých nanočástic způsobuje imobilizaci polymerních segmentů, v důsledku čehož se zvýšila tuhost a křehkost materiálu. Nastavením vhodného poměru mezi PEG/PCL, množstvím izokyanátu, či přídavkem modifikovaného nanoplniva může být bio-PU materiál "ušit na míru" s vhodnými mechanickými (houževnatost, tažnost) a fyzikálními (botnání, degradace) vlastnostmi. Díky přípravě bez použití rozpouštědla by mohly být připravené materiály využity v regenerativní medicíně např. jako cévní štěpy.

The need for replacing petroleum-based polymers has been increasing and bio-based polymers prove to be a suitable solution. The aim of this thesis was to synthesize bio-based resins with different chemical architectures to evaluate the effect of the structure on the properties and on their response to ageing and biodegradation. For this, three different bio-based thermoset resins have been synthesised by reacting one of three distinct core-molecules with lactic acid. The options of core-molecules chosen for this work were ethylene glycol, glycerol and pentaerythritol. Lactic acid was first reacted with a core-molecule by direct condensation, the resulting branched molecule was then end-functionalized with methacrylic anhydride. The amount of moles of lactic acid varied according to which core-molecule it was reacted with, but the chain length (n) was always maintained as three. Part of the samples were characterised by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) and tensile test. DSC and TGA were used for determining the thermal behaviour. FT-IR was used to verify the first and second stage of the reaction and to ascertain the occurrence of the crosslinking reaction. Tensile test was done for investigation of mechanical properties. The ageing and biodegradation tests are useful to ascertain the material possible applications. Therefore, the samples that went through the process of ageing or biodegradation were also characterised in the end of the procedures to further check the effect of those processes on the specimens. The test results indicated that the PENTA/LA cured resin was the most stable thermally. The cured resin’s mechanical properties were similar to each other, so there was no comparison to make in this area. The samples proved to be affected by the biodegradation and the ageing processes, both in visual and structural aspects.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

Degradable low-fouling hydrogels are ideal vehicles for drug and cell delivery. For each application, hydrogel degradation rate must be re-optimized for maximum therapeutic benefit. We developed a method to rapidly tune degradation rates of low-fouling poly(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (P(EG)xMA) hydrogels by modifying two interdependent variables: (1) base-catalyzed crosslink degradation kinetics, dependent on crosslinker electronics (electron withdrawing groups (EWGs)); and (2) polymer hydration, dependent on the molecular weight (MW) of poly(ethylene glycol) (PEG) pendant groups. By controlling EWG strength and PEG pendant group MW, P(EG)xMA hydrogels were tuned to degrade over 6 to 52 d. A six-member P(EG)xMA copolymer library yielded slow and fast degrading low-fouling hydrogels for short- and long-term delivery applications. The degradation mechanism was also applied to RGD-functionalized poly(carboxybetaine methacrylamide) (PCBMAA) hydrogels to achieve slow (52 d) and fast (13 d) degrading low-fouling, bioactive hydrogels. / Thesis / Master of Science (MSc) / The delivery of drugs and cells to disease sites is hindered by transport barriers, which can be overcome through local delivery. Injectable hydrogels can serve as local depots that release drugs or cells to improve therapeutic benefit. Currently, however, hydrogels suffer from uncontrolled degradation in the body, degrading at unpredictable rates dependent on the local environment; hydrogels with predictable and tunable degradation rates are therefore required. Herein, we report a method to produce a library of polymers that in situ crosslink to form hydrogels with a range of degradation rates only influenced by the local environments pH, a known quantity. Moreover, the polymers are low-fouling and therefore have minimal non-specific interactions with biomolecules and cells, which improves biocompatibility.