Nanofiberbelagt bandasje bekjemper infeksjoner og hjelper til med å lege sår – Physics World

Nanofiberbelagt bandasje bekjemper infeksjoner og hjelper til med å lege sår – Physics World

Tidsstempel: 28. februar 2024 4:30

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/nanofibre-coated-bandage-fights-infection-and-helps-heal-wounds-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/nanofibre-coated-bandage-fights-infection-and-helps-heal-wounds-physics-world-2.jpg" data-caption="Utnytte biologisk aktivitet Tamer Uyar (til venstre), Mohsen Alishahi og kolleger bruker den botaniske sammensetningen lawsone for å lage nanofiberbelagte bomullsbandasjer som bekjemper infeksjon og hjelper sår å gro raskere. (Med tillatelse: Darcy Rose/Cornell University)”>
Tamer Uyar og Mohsen Alishahi ved Cornell University
Utnytte biologisk aktivitet Tamer Uyar (til venstre), Mohsen Alishahi og kolleger bruker den botaniske sammensetningen lawsone for å lage nanofiberbelagte bomullsbandasjer som bekjemper infeksjon og hjelper sår å gro raskere. (Med tillatelse: Darcy Rose/Cornell University)

Sårheling er en kompleks prosedyre som representerer en viktig helseutfordring. De fleste medisinske bandasjer som brukes på sår er laget av bomullsbind, som er biokompatibel, pustende, absorberende og myk – men som ikke fremmer helbredelse eller bekjemper infeksjoner. Det som trengs er en smart dressing som hjelper til med å fremskynde helingsprosessen samtidig som den proaktivt bekjemper infeksjon.

Et forskerteam på Cornell University tar tak i denne utfordringen ved å øke ytelsen til bomullsdressinger ved å belegge dem med et lag av biologisk aktive nanofibre. Nanofibrene utnytter de antioksidante, anti-inflammatoriske og antibakterielle egenskapene til en lawsone, en botanisk forbindelse som finnes rikelig i hennablader.

Lawsones terapeutiske egenskaper gjør den til en spennende kandidat for sårbehandling, men dens begrensede løselighet gjør den vanskelig å inkorporere i bandasjer. I stedet brukte forskerne cyklodekstriner, naturlige oligosakkarider produsert fra stivelse, for å lage inklusjonskomplekser som binder lawsone-molekyler inne. Denne prosessen forbedrer lawsones løselighet, stabilitet og biotilgjengelighet, og kan øke dens terapeutiske effekt. Det er avgjørende at cyklodekstriner er kompatible med elektrospinning, noe som gjør dem egnet for å lage nanofiberbelegg på bomullsunderlag.

"Det langvarige overforbruket av syntetiske antibiotika i høye konsentrasjoner har bidratt til fremveksten av den dødelige epidemien av multiresistente mikrober," sier Tamer Uyar, direktør for NanoFibers and NanoTextiles Laboratory, i en pressemelding. "Bruk av naturlige og potente antibakterielle midler som lawsone kan tjene som et alternativ til syntetiske antibakterielle midler."

Bioaktivt middel

Uyar og kollegene brukte to cyklodekstriner – HP-β-CD og HP-γ-CD – for å lage inklusjonskomplekser med CD/lawsone-forhold på 2:1 og 4:1 M. De brukte deretter elektrospinningsteknologi for å fremstille CD/lawsone nanofibrøse baner med gjennomsnittlig fiberdiameter på rundt 300–700 nm.

En verdifull måte å forbedre helingen på er å redusere oksidativt stress i sårets mikromiljø. Teamet undersøkte antioksidantegenskapene til nanofibrene ved å bruke en DPPH-radikalrensingsteknikk. Denne DPPH-testen innebar å blande de nanofibrøse banene i destillert vann, tilsette metanolisk DPPH-løsning og deretter bruke UV-synlig spektroskopi for å måle reduksjonen i DPPH-absorpsjon over tid.

Nanofibre med 2:1 M CD/lawsone-forhold viste høyere antioksidantaktivitet (på grunn av høyere lawsone-innhold), mens HP-β-CD viste større aktivitet enn HP-γ-CD. Antioksidantaktiviteten økte med tiden, og eskalerte fra omtrent 20 % etter 1 time til rundt 65 % etter 24 timer, for HP-β-CD/lawsone 2:1 nanofibre.

Forskerne påpeker at de nanofibrøse prøvene viste betydelig høyere antioksidantaktivitet – og dermed potensialet for raskere sårheling – enn ren lawsone. De tilskriver dette den økte løseligheten gitt av CD-inkludering og det høye overflate-til-volum-forholdet til den nanofibrøse banen.

I tillegg til å oppmuntre til sårheling, bør en smart bandasje bidra til å forhindre og utrydde infeksjoner. Som sådan evaluerte forskerne nanofibrenes aktivitet mot to fremtredende bakteriestammer: gramnegative E. coli og gram-positive S. aureus. De løste opp nanofibrøse prøver i bakterieløsninger, inkuberte prøvene ved 37 °C i 24 timer og så ut platene for kolonitelling.

Ubehandlede negative kontrollprøver viste ingen antimikrobiell aktivitet og bakterier fortsatte å vokse. Derimot viste alle fire nanofibertypene kraftig antimikrobiell aktivitet, og utryddet begge fullstendig E. coli og S. aureus bakterier, sett ved fravær av kolonier på kulturplatene. Det var ingen forskjell i effekten av nanofibre med 4:1 og 2:1 molforhold, noe som indikerer at selv de med lavere lawsoninnhold hadde tilstrekkelig antibakteriell aktivitet.

Rask utgivelse

Ved å velge HP-β-CD/lawsone 4:1 og HP-γ-CD/lawsone 4:1 som optimale kandidater for å lage bandasjer, bestrøkte forskerne bomullssubstrater med nanofibrøse prøver for å undersøke deres evne til å frigjøre lawsonen. De senket de nanofiberbelagte prøvene i en PBS-løsning og plasserte dem på en orbital shaker ved 37 °C. De vurderte deretter den kumulative frigjøringen av lawsone ved å analysere små prøver fjernet med bestemte tidsintervaller.

Det meste av lawsone-innholdet, omtrent 84 % i HP-β-CD/lawsone 4:1 og 77 % i HP-γ-CD/lawsone 4:1, ble frigjort i løpet av de første 30 s. Denne uttalte første frigjøringen tilskrives den raske oppløsningen av nanofiberbelegget, som ble fullført etter 3 minutter, da hele lawsonen ble frigjort. Forskerne bemerker at frigjøringsprofilen som vises av de bomullsbelagte prøvene, speilet den for frittstående fibre.

"Denne studien fremmer området for sårbehandling ved å forbedre Lawsone-aktiviteten gjennom inklusjonskompleksering og funksjonaliserende bomull gjennom CD/lawsone nanofiberbelegg," konkluderer teamet. "Med lovende antibakterielle og antioksidantegenskaper, har denne innovative metoden et betydelig løfte for utvikling av biofunksjonelle sårbandasjer med forbedret terapeutisk potensial."

Teamet undersøker nå andre bioaktive midler. "De neste trinnene vil være å teste deres cytotoksisitet, antiinflammatoriske tester og in vivo studier for sårheling, forteller Uyar Fysikkens verden.

Forskningen er beskrevet i International Journal of Pharmaceutics.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden