Berberint tartalmazó elektrofonott cellulóz-acetát/zselatin nanoszálas sebkötés a diabéteszes lábfekély gyógyítására: in vitro és in vivo tanulmányok

Tárgyak

Absztrakt

Bevezetés

A cukorbetegséget metabolikus betegségnek minősítik, amelynek különböző szövődményei vannak, például krónikus sebek, artériás károsodások és a kontrollálatlan vércukorszintből eredő neuropathia. A sebgyógyulási folyamat bonyolult és többfázisú folyamat, amely cukorbetegeknél késik a különféle összetettségek miatt. Ezekben a betegeknél az angiogenezis és az újbóli hámképződés nem megfelelő, mivel a növekedési faktorok és a célhelyük között kevés az interakció. A súlyos gyulladás egy további káros tényező, amely a neutrofil infiltrációból származik. Sőt, a diabéteszes lábfekély (DFU) egy másik szövődmény, amely intenzív gyulladás, korlátozott tápanyagok és gyenge vérkeringés következménye. Az elmúlt évtizedek hatalmas áttörései ellenére a DFU hatékony kezelése továbbra is kihívás 3,4,5 .

Mivel a DFU akut seb, megfelelő öltözködési anyagokkal kell felöltöztetni, amelyek elősegítik a gyógyulási folyamatot, és elkülönítik a seb helyét a kórokozó mikroorganizmusoktól 6,7. Ezenkívül a sebkötözőnek képesnek kell lennie a sebből származó exudátumok felszívására, és optimális nedves környezetet kell biztosítania a gyógyulási folyamat felgyorsításához. Ezenkívül a DFU gyógyulási folyamatát bioaktív molekulákon vagy gyógyszereken keresztül kell felgyorsítani, és a javasolt kötésnek képesnek kell lennie megfelelő mennyiségű gyógyszer betöltésére és fenntartható felszabadulású módon történő felszabadítására 8,9,10. Biofeltételek és nanostrukturált anyagok széles skáláját értékelték sebkötözőként a DFU számára, például természetes és szintetikus polimereket hidrokolloidok, hidrogélek, habok és elektrofonott nanoszálas kötések formájában 11,12 .

Az életképes pályázók közül az elektrofonással szálas nanoszálas szőnyegek ígéretes lehetőségek széles skáláját kínálják, amelyek alkalmasak sebkötözési alkalmazásokra. Az elektrofonás egy kifinomult és hatékony technika, amely olcsó, méretezhető, rugalmas, viszonylag egyszerű megközelítést biztosít a nanoszálak gyártásához a legkülönbözőbb szintetikus és természetes anyagokból, 13, 14, 15, 16. Az elektrofonott szőnyegek porozitása és pórusmérete úgy állítható be, hogy gátolja a mikroorganizmusok behatolását, míg az oxigén könnyen átjuthat a kötésen és elérheti a seb helyét. Érdekes módon a vízgőz-átvitel testreszabható úgy, hogy az ideális nedvességet biztosítson a sebgyógyulási folyamathoz. A nanoszálak nagy felülete kedvező a gyógyszerterhelés és a tartós bejuttatás szempontjából. A tervezett gyógyszerek, természetes anyagok vagy bioaktív molekulák adszorbeálódhatnak a nanoszálak felületén, vagy beágyazódhatnak a 17, 18 nanoszálak mátrixába. Ezen túlmenően, az elektrofonattal ellátott nanoszálas kötszerek önállóak és kezelhetőségük a sebkezelés során könnyű 19,20,21 .

A szerkezeti követelmények mellett a megfelelő DFU-kötésnek tartalmaznia kell egy hatóanyagot, amely vagy fokozza a gyógyulási folyamatot, vagy akár antibakteriális tulajdonságot biztosít. Különféle biológiai, természetes és kémiai részeket használtak a kötések biológiai funkcióinak kiváltására. A berberin egy természetes anyag, amely különféle növények - például az oregoni szőlő, a Goldenseal és a Barberry 42 - rizómájában, gyökerében és szárában található alkaloid családba tartozik. A berberin antidiabetikus, antimikrobiális és gyulladáscsökkentő hatásáról ismert 43. Sőt, néhány tanulmány beszámolt a berberin 44 diabéteszes sebgyógyulási hatékonyságáról. Ennek megfelelően tanulmányunk fő célja a berberint tartalmazó CA/Gel elektrofonott nanoszálas szőnyeg gyártása DFU sebkötésként.

Eredmények és vita

A nanoszálak morfológiája

Különböző jellemzési módszereket használtak a gyártott nanoszálak tulajdonságainak értékelésére. Az elkészített nanoszálak morfológiáját SEM képalkotás segítségével figyeltük meg (1. ábra). A SEM képek azt mutatták, hogy az előállított CA/Gel és CA/Gel/Beri nanoszálak egyenletesek és egyenesek, gyöngyök és deformációk nélkül. Nyilvánvaló, hogy a berberin beépítése nem volt káros hatással a nanoszálak morfológiájára. Az ImageJ szoftverrel végzett képelemzés (U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA) kimutatta, hogy a CA/Gel és a CA/Gel/Beri nanoszálak átmérője 425 ± 79, illetve 502 ± 150 nm volt.

Az elektrofonás SEM képei (a) CA/Gel és (b) CA/Gel/Beri nanoszálak.

Vatankhah et al. 45 gyártott CA/gél nanoszál sebkezelő anyagként. Különböző tömegarányokkal (75:25, 50:50 és 25:75 (tömeg%)) kombinálták a CA-t és a gélt, és 260 ± 105, 227 ± 92, illetve 198 ± 52 nm nanoszál-átmérőket jelentettek. Megfigyelték a legmagasabb emberi dermális fibroblasztok szaporodását a Ca/Gel 25:75 nanoszálakon. Egy másik tanulmányban, Kusumah-ban et al. 46-ban 649 ± 21 nm átmérőjű sima és gyöngy nélküli Ca/Gel nanoszálak gyártásáról számoltak be. A különböző vizsgálatokban különböző átmérőjű nanoszálak beszerezhetők a különböző alkalmazott elektrofonási paraméterekkel, például az alkalmazott feszültséggel, a fúvóka és a kollektor távolságával és az adagolási sebességgel.

Mechanikai tulajdonság

Porozitás

A gyártott nanoszálak porozitásának mérésére folyadékkiszorítási technikát alkalmaztunk. Az eredmények azt mutatták, hogy a CA/Gel és CA/Gel/Beri nanoszálak porozitása 78,17 ± 1,04, illetve 76,17 ± 0,76% volt. Chong et al. 52 arra a következtetésre jutott, hogy a szövetmérnöki alkalmazásoknál a porozitás a 60–90% tartományban van. Beszámoltak a 60–70% -os porozitási tartományról is az előregyártott PCL/gél nanoszálas állványaik esetében. Egy másik tanulmányban, Shan et al. 53 szerint a gyártott selyem fibroin/gél elektrofonás nanoszálas kötés 87% körüli porozitási értéket jelentett. Bár az előállított CA/Gel/Beri nanoszálak porozitása az elfogadható tartományban van, a vízgőzáteresztő képességet (WVP) meg kell mérni, hogy megállapítsuk az elkészített CA/Gel/Beri nanoszálak hatékonyságát.

Nedvesíthetőség

A megfelelő kötésnek képesnek kell lennie a sebváladék felszívására és a seb helyének nedvességtartására. Ezek a kritériumok a kötszer felületi nedvesíthetőségének és hidrofilitásának hatására vannak. Az elkészített kötszerek nedvességtartalmát a vízzel való érintkezési szög módszerrel mértük, és az eredményeket az 1. táblázatban mutatjuk be. A CA/Gel és a CA/Gel/Beri nanoszálak vízzel való érintkezési szöge 58,07 ± 2,35 ° és 56,93 ± 1 ° volt., amelyek azt jelzik, hogy a gyártott kötszerek hidrofilek és alkalmasak az exudátumok felszívására és a sebágy nedvességének fenntartására. Liu et al. 54 bizonyította, hogy a gél beépítése hidrofil jellege miatt növelheti a cellulóz-acetát felületi nedvesíthetőségét.

Vízgőzáteresztő képesség és vízfelvevő képesség

A kötésen keresztüli gőzcsere kritikus tulajdonság, amely meghatározza a kötés hatékonyságát. A magas WVP-érték dehidratálja a sebet és hegképződést vált ki, míg az alacsony WVP-érték késlelteti a sebgyógyulási folyamatot a lerakódott váladékok miatt. Ezért a megfelelő kötésnek a WVP optimális értékét kell mutatnia. Az eredmények azt mutatták, hogy a CA/Gel kötés WVP értéke 11,23 ± 1,05 mg/cm 2/óra volt, míg a berberin hozzáadása ezt az értéket 10,17 ± 0,21 mg/cm 2/órára csökkentette, amely mindkét érték szignifikánsan alacsonyabb, mint a kontroll csoport (a nyitott tartály) (p 2. ábra