基于电纺安徽福彩网纤维的材料的血液相容性评估和药物释放动力学研究

文件类型:原始研究文章

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1 Malek Ashtar工业大学,伊朗德黑兰

2 大不里士医科大学传染病和热带疾病研究中心,伊朗大不里士

抽象

目标:聚合物安徽福彩网纤维在各种生物医学应用中具有巨大潜力,例如伤口愈合和整形外科植入物。由于治疗性安徽福彩网纤维未来的大多数应用都与人体血液成分相互作用,因此研究血液相容性很重要。
方法:本研究合成了具有抗菌性能的安徽福彩网纤维。
壳聚糖(CS),聚环氧乙烷(PEO)和万古霉素(vanco)的聚合物复合材料的静电纺丝。评估了从扫描电子显微镜(SEM),FTIR光谱,安徽福彩网纤维的抗菌和溶血测试获得的结果。还通过紫外可见分光光度法研究了载药电纺丝样品的动力学和释药机理,并提出了预测药物释放的合适模型。
结果:复合安徽福彩网纤维的表面形态表明该安徽福彩网纤维是平坦且光滑的。抗菌测试结果表明,制备的安徽福彩网纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有抗菌性能。溶血试验表明,这种安徽福彩网纤维对红细胞(RBC)无溶血作用。研究了从安徽福彩网纤维释放抗生素的模型,发现其释放机理可描述为菲克扩散模型。根据该模型,药物释放的动力学度约为0.38。
结论:感染和病理生理因素导致伤口愈合延迟。因此,使用抗菌安徽福彩网纤维消除伤口的抗菌感染,加速伤口愈合。

关键词


介绍

安徽福彩网纤维最重要的用途之一是在聚合物安徽福彩网纤维的生产中。它广泛用于工业和医学领域,例如伤口敷料,药物和基因传递,心血管植入物,人造静脉,假体,面膜,过滤和缝合。安徽福彩网纤维及其制成的基质可以将药物直接递送至内部组织,并且它们在医学上有多种应用,例如完全可溶的绷带和针脚。安徽福彩网纤维还可以降低感染率和出血率[1、2]。

皮肤是最大的肢体,是抵御外部伤害的物理屏障。损坏时,病原体可以直接渗透到体内并引起感染。为了解决这个问题,使用了带有抗菌溶液的伤口敷料[3]。当伤口暴露于氧气中并促进皮肤呼吸时,安徽福彩网纤维基质的小孔可防止细菌和病原体渗透到伤口区域[4]。

CS是一种天然的无毒,生物相容和可生物降解的聚合物[5],用于药物输送,细胞输送系统,骨科,伤口愈合,眼科,缝合,血液透析,隐形眼镜和骨骼愈合[6]。它还具有对细菌,真菌和酵母菌的抗菌作用以及促凝作用[7,8]。

血液相容性是检查安徽福彩网纤维生物学效应的关键因素。溶血是指红细胞(红细胞)被提和内容物(例如血红蛋白)释放到周围的液体中,导致贫血,黄疸和肾衰竭。溶血试验被广泛用于检查血液学领域的血液相容性。检查红细胞膜的细胞毒性是一种简便且经济有效的方法[9]。

CS由于其阳离子性质可能会导致血栓形成。该反应发生在氨基CS与血细胞和血浆蛋白之间。 CS的正电荷可能会诱导纤维蛋白原吸收,然后诱导血小板和白细胞[10]。本文是试图研究CS / PEO / vanco安徽福彩网纤维的抗菌作用和血液相容性。

这项工作的主要目的是研究和评估含有万古霉素的CS / PEO共混安徽福彩网纤维垫,以促进伤口愈合。另一方面,开发复杂的聚合物基质需要更强大的数学模型来阐明溶质的传输机理。据信,万古霉素从安徽福彩网纤维中释放的机理与菲克扩散有关,一些有用的信息以及有趣的结果及其解释得到了严格的讨论。

材料和方法

低分子量CS(脱乙酰度:75-80%,粘度:200–使用800CP),明胶粉和Sigma Aldrich生产的PEO(分子量:900.000)。此外,由默克公司生产的冰酸(99.8%;分子量:60.05g / mol)和吐温80;和/或吐温80。使用Nanoaxma静电纺丝设备和SIGMA VP-500 FE-SEM设备(德国蔡司)。金黄色葡萄球菌 (金黄色葡萄球菌)(ATCC 29213)和 大肠杆菌  (大肠杆菌)(ATCC 8739)。

重量比为90/10的CS / PEO安徽福彩网纤维的制备

将去离子水和酸性乙酸溶液(50-50)倒入装有加热器的烧杯中。然后,将0.27g CS和0.04g PEO逐渐添加到溶液中。作为乳化剂,还加入0.25ml吐温(80),并用石蜡膜密封烧杯(以防止蒸发)。烧杯在37℃的希瑟搅拌器上放置24小时°直到聚合物溶液完全溶解。

含0.4%的vanco的CS / PEO安徽福彩网纤维的制备

与上述相同,同时加入万古霉素作为添加剂。

静电纺丝

将聚合物溶液收集在注射器(5ml)中,并将注射器安装在装置上。电压设置为16-20v,笔尖到目标的距离为10 cm,聚合物溶液的流速为0.5 ml / h。每种溶液的静电纺丝需要3h。

扫描电镜成像

使用SEM检查安徽福彩网纤维的形态。

FTIR光谱法

制备膜后,准备FTIR样品以检查官能团和安徽福彩网纤维之间的相互作用。

抗菌活性

使用圆盘扩散法检查抗菌活性。金黄色葡萄球菌革兰氏阳性菌和大肠杆菌革兰氏阴性菌的麦克法兰0.5(1.5×制备108 cfu / ml)。然后将无菌棉签浸入细菌悬浮液中,并在Muller Hinton琼脂平板上培养。将平板在37的培养箱中放置24小时°C,然后测量生长抑制环的直径。

测量安徽福彩网纤维的抗菌活性

为了测量通过静电纺丝生产的安徽福彩网纤维的抗菌作用,将它们切成1个×1平方厘米,然后将紫外线消毒的生物罩安装在平板表面上。将样品板在37的培养箱中放置24小时°之后,测量生长抑制环的直径。

溶血试验

溶血测试所需的血液样本取自健康个体,并将样本倒入肝素管中。用0.9%的氯化钠以1:1.25的比例稀释样品;然后将0.2 ml血液样本倒入猎鹰管,并使用氯化钠增加体积。将样品在37孵育30分钟°C.去离子水和血液作为阳性对照,氯化钠(0.9%)作为阴性对照。溶血百分比如下:

心率=(Dt – D数控 )/(D个人电脑 – D数控 ) × 100%

紫外可见分光光度法评估安徽福彩网纤维中的药物释放

通过紫外可见分光光度法研究了复合安徽福彩网纤维支架中万古霉素的释放。首先,制备具有0.4g万古霉素的CS / PEO安徽福彩网纤维。将静电纺丝在铝箔上进行5小时。然后用镊子小心地将安徽福彩网纤维从铝箔上去除。之后5×将5 cm的交联CS / PEO / vanco安徽福彩网纤维段放在37毫升的5毫升PBS中 °C将万古霉素释放到缓冲溶液中。在特定时间从该溶液中取样,并从200-800 nm波长记录释放的活性物质的UV-Vis光谱。为此,在第2、4、12和24小时以及第2、4、7、10和14天进行采样。每次200μ将每种溶液中的1种转移到位于仪器中的比色杯中。根据科学文献,万古霉素在279-280 nm处有吸收。

CS / PEO / vanco的释放动力学可以使用Korsmeyer描述–基于从所有样品中获得的结果的小辣椒[11]。

其中,Mt是在时间t释放的累积药物量M∞是初始药物载量,K是药物-聚合物系统的恒定特征,n是表明释放机理性质的扩散指数。

结果与讨论

扫描电镜图像

使用安徽福彩网纤维静电纺丝制备CS / PEO溶液(90/10重量比)。电纺丝是一种简单且便宜的方法,用于生产安徽福彩网级的纤维。根据文献综述,我们知道由于粘度高,CS溶液不适合静电纺丝。 PEO修饰了CS的分子间和分子内相互作用,并减弱了其粘度,因此该溶液变得适用于静电纺丝[12]。具有和不具有万古霉素的CS / PEO安徽福彩网纤维的SEM图像如图1和2所示。显然,以所述比例获得了没有节的均匀组织。具有0.4%wt万古霉素的CS / PEO和CS / PEO安徽福彩网纤维的平均直径分别为94.24和110.2 nm。 
FTIR光谱法

图3示出了CS / PEO安徽福彩网纤维和含有万古霉素抗生素的安徽福彩网纤维的FTIR光谱。显然3300-3500厘米-1 区域显示拉伸峰,其指示OH羧基官能团。 2800 cm-1处的拉伸峰是C-H组的拉伸振动所致。 1650-1680 cm处可见羰基峰(C = O)-1 region.

抗菌测试

伤口收缩是闭合皮肤伤口的关键特征,因此伤口面积减小并且伤口边缘移近。这是皮肤的特征’的治愈能力和感染会中断它。这突出了用于皮肤伤口愈合的抗菌剂的必要性。

CS的抗菌特性扎根于其阳离子基团,该阳离子基团可在细胞表面形成负负载连接并防止细菌和真菌生长。相互作用改变了微生物细胞膜的渗透性,因此当其内容物释放后会导致细胞死亡[7]。万古霉素用于改善抗菌效果。它是一种抑制细菌细胞壁的抗生素,被广泛用于治疗医院感染和防止生物膜形成。

包含万古霉素的CS / PEO安徽福彩网纤维支架的结果如图1和2所示。 4-5。显然,该支架对革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌具有抗菌作用。该区域的直径对于金黄色葡萄球菌为19毫米,对于大肠杆菌为20毫米。

溶血试验

使用溶血测试检查了安徽福彩网纤维的血液相容性和毒性。结果表明,安徽福彩网纤维的溶血率小于2%,根据协议,安徽福彩网纤维对红细胞没有溶血作用。它还显示出良好的血液相容性(图6和表1)。

CS / PEO / vanco安徽福彩网纤维的药物释放评估

图7显示了万古霉素在37℃时进入缓冲液的释放曲线。°C和279的波长范围内–14天后为280 nm。
如图7所示,该药物首先具有快速释放,这称为爆发效应,然后释放速率降低。快速释放是由于CS的多孔性和表面药物的释放。结果,前两个药物中有36%
小时,则在发布的前24小时中占66%,在发布的第一周中占96%。两周后未观察到释放。

在样品中观察到最初的突释。 7天后,释放的万古霉素达到稳定水平。总体而言,药物从安徽福彩网纤维支架释放的趋势包括四个阶段。万古霉素的突然释放发生在第一阶段。药物从聚合物安徽福彩网纤维床中释放的第二阶段是缓慢的释放趋势开始,药物根据扩散而释放。此时,药物穿过聚合物安徽福彩网纤维床的孔并进入缓冲溶液。在该阶段之后,进入了被困在聚合物安徽福彩网纤维床中的药物释放阶段。由于聚合物的破坏和键的断裂以及低聚物的制备,深陷于床层中的药物被释放出来,然后进入缓冲溶液[13]。不能在提到的步骤之间指定特定的边界。

换句话说,在释放实验开始后,聚合物开始降解并在第二阶段达到最大值。扩散持续进行,并最终在药物释放的最后阶段,聚合物安徽福彩网纤维中万古霉素的浓度下降。即使药物降解,安徽福彩网管的万古霉素释放速度仍然很慢,斜率很小,尽管药物仍保留在聚合物安徽福彩网纤维中。

从聚合物安徽福彩网纤维释放动力学
通常,侵蚀,扩散和降解是药物从聚合物安徽福彩网纤维中释放的最重要机制。对万古霉素的释放速率机制进行了重大研究,并通过Korsmeyer分析了释放数据–Peppas模型。基于该关系式,计算回归系数,结果表明n = 0.38。结果,药物通过Fickian扩散机制从聚合物中释放出来,这与扩散距离,溶胀度和浓度梯度有关。

结论

采用静电纺丝法制备了含有万古霉素的CS / PEO安徽福彩网纤维。检查并比较了SEM图像,FTIR分析,抗菌测试和溶血测试的结果。 扫描电镜图像显示均匀的纤维,没有任何节。抗菌测试支持了安徽福彩网纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌作用。此外,溶血试验表明安徽福彩网纤维具有非溶血性。而且,对该药物释放系统的动力学研究表明,它与Korsmeyer-Peppas模型具有更大的相似性,并且根据该模型,药物释放的动力学程度估计为0.38左右。从安徽福彩网纤维支架中释放万古霉素的结果表明,万古霉素不是’t突然释放并在14天内适度发生,因此可以用作伤口敷料垫以防止生物膜形成。


利益冲突

作者声明,有关此手稿的出版没有利益冲突。

 

5. Dutta,Pradip Kumar,Joydeep Dutta和V. S. Tripathi。几丁质和壳聚糖:化学,性质和应用。 2004。