Design of mesoporous silica-coated carbon nanotubes as components of scaffolds for biomedical applications
Conception de nanotubes de carbones revêtus de silice poreuse en tant que composants de matrices implantables pour des applications biomédicales
Résumé
Carbon based materials (CBMs), such as carbon nanotubes (CNTs) and graphenes, possess outstanding mechanical, optical, electrical and thermal properties, making them excellent nanoplatforms for biomedical applications. In this work, CNTs were used to synthesize homogeneous mesoporous silica (MS) shell coated CNTs composites (CNT@MS) with tunable pore size. Such CNT@MS composite with small pore size (3.4 nm) were used as nanoplatforms for loading of molecule anticancer drug (DOX) and as components for the construction of hydrogel scaffold for controllable drug delivery and photothermia-based cancer therapy. These DOX-loaded CNT@MS composites showed the release of DOX in response to NIR light applied, allowing synergy of photothermic and DOX -mediated cytotoxicity effect to kill cancer cells. The CNT@MS composites with large pore (12 nm) MS shell (CNT@LPMS) were used for immobilizing alkaline phosphatase (AP), and a high immobilization capacity of AP was realized via isobutyramide (IBAM) grafts at the surface of LPMS layer. These AP-immobilized CNT@LPMS composites were further applied to trigger the self-assembly of DOX-containing peptide supramolecular hydrogel scaffolds, and a effective heat-induced drug release was achieved through gel degradation. Furthermore, these CNT@MS composites were used as reinforcing material to be embedded in electrospun nanofiber scaffolds. These CNT@MS-incorporated electrospun scaffolds exhibited enhanced mechanical properties and excellent photothermal effect under NIR laser irradiation.
Les nanomatériaux à base de carbone (CBMs), tels que les nanotubes de carbone (CNTs) ou le graphène possèdent des propriétés mécaniques, optiques, électriques et thermiques exceptionnelles, ce qui en fait d'excellentes nano-plateformes pour des applications biomédicales. Dans ce travail, les CNTs ont été utilisés pour synthétiser des composites (CNT@MS) de CNTs enrobés d'une coquille de silice mésoporeuse homogène (MS) avec une taille de pores modulable. Les composites CNT@MS avec des petits pores (3.4 nm) ont été utilisés comme nanoplateformes pour le chargement de molécules antitumorales (DOX) et comme composants pour la construction d'un échafaudage pour la libération contrôlée de médicaments et le traitement du cancer. Ces composites CNT@MS chargés de DOX ont montré leur efficacité pour la libération de DOX sous rayonnement NIR, permettant une synergie de cytotoxicité par photothermie et la DOX pour détruire les cellules cancéreuses. Les composites CNT@MS avec une coque de MS à larges pores (12 nm) (CNT@LPMS) ont été utilisés pour l'immobilisation de la phosphatase alcaline (AP) et une capacité d'immobilisation élevée de l’AP a été réalisée via les groupes isobutyramide (IBAM) greffés à la surface des LPMS. L’AP chargée dans ces composites a conservé son activité enzymatique et a permis de déclencher l'auto-assemblage d'échafaudages d'hydrogels supramoléculaires peptidiques contenant de la DOX. Sous l’effet de la chaleur, ces gels se dégradent et une libération efficace de médicament induite par la chaleur a été obtenue. En outre, ces composites CNT@MS ont été utilisés comme matériau de renforcement à incorporer dans les échafaudages de nanofibres électrofilées. Ces échafaudages électro-filés incorporés de CNT@MS, présentent des propriétés mécaniques améliorées et d'excellents effets photo-thermiques sous irradiation laser NIR.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)