DEAE/Catechol–Chitosan Conjugates as Bioactive Polymers: Synthesis, Characterization, and Potential Applications

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作者
Francisco J. Caro-León,María Luisa López-Donaire,Roberto Vázquez,Miguel Huerta-Madroñal,Jaime Lizardi‐Mendoza,Waldo Argüelles‐Monal,Daniel Fernández‐Quiroz,Luis García‐Fernández,Julio San Román,Blanca Vázquez‐Lasa,Pedro Garcı́a,María Rosa Aguilar
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
卷期号:24 (2): 613-627 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.2c01012
摘要

This work provides the first description of the synthesis and characterization of water-soluble chitosan (Cs) derivatives based on the conjugation of both diethylaminoethyl (DEAE) and catechol groups onto the Cs backbone (Cs-DC) in order to obtain a Cs derivative with antioxidant and antimicrobial properties. The degree of substitution [DS (%)] was 35.46% for DEAE and 2.53% for catechol, determined by spectroscopy. Changes in the molecular packing due to the incorporation of both pendant groups were described by X-ray diffraction and thermogravimetric analysis. For Cs, the crystallinity index was 59.46% and the maximum decomposition rate appeared at 309.3 °C, while for Cs-DC, the values corresponded to 16.98% and 236.4 °C, respectively. The incorporation of DEAE and catechol groups also increases the solubility of the polymer at pH > 7 without harming the antimicrobial activity displayed by the unmodified polymer. The catecholic derivatives increase the radical scavenging activity in terms of the half-maximum effective concentration (EC50). An EC50 of 1.20 μg/mL was found for neat hydrocaffeic acid (HCA) solution, while for chitosan-catechol (Cs-Ca) and Cs-DC solutions, concentrations equivalent to free HCA of 0.33 and 0.41 μg/mL were required, respectively. Cell culture results show that all Cs derivatives have low cytotoxicity, and Cs-DC showed the ability to reduce the activity of reactive oxygen species by 40% at concentrations as low as 4 μg/mL. Polymeric nanoparticles of Cs derivatives with a hydrodynamic diameter (Dh) of around 200 nm, unimodal size distributions, and a negative ζ-potential were obtained by ionotropic gelation and coated with hyaluronic acid in aqueous suspension, providing the multifunctional nanoparticles with higher stability and a narrower size distribution.
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