Nano-Delivery System of Nitric Oxide

Avancées récentes en nanotechnologie ont conduit au développement de nanomatériaux magnétiques tels que des nanoparticules d'oxyde de fer (Fe3O4) utilisées comme nanoaporteurs dans des applications de libération de médicaments et considèrent ces nanoparticules comme des candidats à la libération de monoxyde d'azote (NO) pour interagir contre la formation de biofilm. Cette thèse est constituée trois articles, décrivant la méthodologie pour développer un système de nano-libération de monoxyde d'azote avec des nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétique (SPION). Une étude approfondie de la modification de la surface des SPION est rapportée, où il a été montré que les nanoparticules avaient une composition chimique non uniforme et des variations d'un lot à l'autre. L'effet de lavage des SPIONs par dialyse s'est avéré être une méthode inefficace pour l'élimination des espèces chimiques indésirables sur les surfaces, en plus de l'interaction des espèces chimiques avec l'environnement et l'atmosphère a été trouvée, générant une oxydation des espèces. La PEGylation et le revêtement de nanoparticules avec de l'acide dimercaptosuccinique (DMSA) ont été proposés afin d'homogénéiser la surface et permettre à la surface avec des groupes thiol pour attacher des molécules de NO. L'utilisation de techniques de caractérisation à haute sensibilité a permis la démonstration des revêtements de SPIONs avec PEG-dithiol et DMSA, ainsi que l'existence de la liaison covalente S-NO. En tant qu'innovation et contribution à cette thèse de doctorat montre l'attachement chimique de monoxyde d'azote aux SPIONs, comme cela n'a été démontré par aucun outre article de recherche publié avant.

Abstract

Recent advances in nanotechnology have led to the development of magnetic nanomaterials, such as iron oxide nanoparticles (Fe3O4), as nanocarriers in drug delivery applications. We consider such nanoparticles as candidates for nitric oxide (NO) release, to counter biofilm formation. Nitric oxide release is proposed because NO prevents bacterial adhesion on implant surfaces and, subsequently, inhibits biofilms formation. This thesis contains three papers, describing the methodology to develop a nitric oxide nano-delivery system, using superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs). An extensive study of the surface modification of SPIONs is reported, where it was shown that the nanoparticles had a non-uniform chemical composition and batch-to-batch variations. The washing of SPIONs by dialysis turned out to be an ineffective method for the elimination of unwanted surface chemical species; in addition, the interaction of these chemical species with the atmosphere was found to lead to oxidation. PEGylation of the nanoparticles with PEG dithiol, and coating them with dimercaptosuccinic acid (DMSA), were used to both make the surface uniform and provide thiol groups for anchoring nitric oxide (NO) molecules. The use of highly sensitive characterization techniques permitted the demonstration of SPION coating with both PEG-dithiol and DMSA, as well as the existence of the covalently bonded S-NO. This thesis reveals the chemical attachment of nitric oxide to SPIONs, something that not previously been demonstrated.