Doxycycline geladen collageen-Chitosan composiet steiger voor de versnelde genezing van diabetische wonden
Summary
De voorbereide DOX-CL steiger voldeed aan de vereisten van een ideaal DW-verband in mechanische sterkte, porositeit, waterabsorptie, afbraaksnelheid, aanhoudende afgifte, antibacteriële, biocompatibiliteit en ontstekingsremmende eigenschappen, die als essentieel worden beschouwd voor het herstel van beschadigd weefsel in DWs.
Abstract
Een belangrijke complicatie van diabetes mellitus zijn diabetische wonden (DW). De langdurige fase van ontsteking bij diabetes belemmert de verdere stadia van een verwonding die leidt tot vertraagde wondgenezing. We selecteerden doxycycline (DOX), als een potentieel medicijn naar keuze, vanwege de antibacteriële eigenschappen samen met de gerapporteerde ontstekingsremmende eigenschappen. De huidige studie is gericht op het formuleren van DOX geladen collageen-chitosan niet-gekruiste (NCL) & crosslinked (CL) steigers en evalueren van hun genezingsvermogen bij diabetische aandoeningen. Het karakteriseringsresultaat van steigers laat zien dat de DOX-CL steiger een ideale porositeit, een lage zwelling & afbraaksnelheid en een aanhoudende afgifte van DOX heeft in vergelijking met de DOX-NCL steiger. De in vitro studies tonen aan dat de DOX-CL steiger biocompatibel was en de celgroei verbeterde in vergelijking met cl steiger behandelde en controlegroepen. De antibacteriële studies hebben aangetoond dat de DOX-CL steiger effectiever was dan de CL steiger tegen de meest voorkomende bacteriën gevonden in DW. Met behulp van het streptozotocine en vetrijke dieet-geïnduceerde DW model, een significant (p≤0.05) snellere snelheid van wondcontractie in de DOX-CL steiger behandelde groep werd waargenomen in vergelijking met die in CL steiger behandelde en controlegroepen. Het gebruik van de DOX-CL steiger kan een veelbelovende aanpak blijken te zijn voor lokale behandeling voor DW’s.
Introduction
Diabetes mellitus (DM) is een aandoening waarbij het falen van het lichaam om insuline af te leveren of te reageren op de resultaten ervan bij abnormale vertering van ongecompliceerde suikers een toename van de bloedglucose 1tot gevolg heeft . De meest opeenvolgende en verpletterende verstrengeling van DM is de diabetische wond (DW). Ongeveer 25% van de patiënten met DM heeft de mogelijkheid om een DW op te bouwen in hun leven 1. De gehinderde genezing van DW is geaccrediteerd voor een triopathie van DM: immunopathie, vasculopathie en neuropathie. Wanneer DW onbehandeld blijft, kan dit leiden tot de ontwikkeling van gangreen, waardoor het betrokken orgaan wordt verwijderd 2.
Tal van behandelingen, zoals het instrueren van de patiënten (de wond dagelijks inspecteren, de wond reinigen, activiteiten vermijden die druk op de wond creëren, periodieke glucosecontrole, enz.), het beheersen van hun bloedglucose, wonddebridement, drukaflossing, medische procedure, hyperbare zuurstoftherapie en geavanceerde therapieën zijn in de praktijk 3,4. De meeste van deze geneesmiddelen voldoen niet aan alle voorwaarden die van vitaal belang zijn voor DW-zorg in het licht van de multifactoriële pathofysiologische aandoeningen en onverwachte uitgaven in verband met deze geneesmiddelen 5. Hoewel de DW pathogenese multifactorieel is, wordt de aanhoudende ontsteking met ongepast weefselbeheer verklaard als de werkelijke reden voor vertraagde genezing in DWs 5,6.
Verhoogde niveaus van inflammatoire en pro-inflammatoire mediatoren in DW resulteren in verminderde groeifactoren die verantwoordelijk zijn voor vertraagde wondgenezing 2,6. Onjuiste vorming van extracellulaire matrix (ECM) in DWs is geaccrediteerd voor verhoogde niveaus van matrix metalloproteinases (MMP’s) die verantwoordelijk zijn voor de snelle afbraak van gevormde ECM. In MMP’s wordt MMP-9 gerapporteerd als een belangrijke intermediair die verantwoordelijk is voor langdurige ontsteking en snelle ECM-afbraak 7. Er wordt gesteld dat lokale behandeling met een ontstekingsremmend geneesmiddel dat de verhoogde niveaus van MMP-9 verlaagt, cutane homeostase, kaderregeling en een betere genezing van DWs 8,9opnieuw vaststelt .
Doxycycline (DOX), een MMP-9-remmer, werd gekozen om de verhoogde niveaus van MMP-9 te onderdrukken, een belangrijke ontstekingsbemiddelaar die verantwoordelijk is voor aanhoudende ontsteking in DWs 10,11,12. Bovendien bezit DOX antioxidant (produceren vrije hydroxy- en fenoxyradicalen die zich kunnen binden met reactieve zuurstofsoorten) 13 en anti-apoptotisch (remmen caspaseexpressie en mitochondriale stabilisatie) 14 activiteiten die essentieel zijn voor de behandeling van DW. Er is gekozen voor de opstelling van kaders die DOX, collageen (COL) en chitosan (CS) bevatten. De keuze van COL hangt af van de manier waarop het helpt bij het bieden van het noodzakelijke kader dat verantwoordelijk is voor mechanische sterkte en weefselregeneratie 15. Aan de andere kant is CS structureel homologe glycosaminoglycan, geassocieerd met verschillende wondgenezingsfasen. Er wordt ook gemeld dat CS een significante antibacteriële eigenschap heeft 15. Daarom is de COL/CS steiger van DOX geformuleerd om de langdurige ontsteking te onderdrukken, gevolgd door het ondersteunen van de matrixvorming voor succesvolle wondgenezing in DM-omstandigheden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het belangrijkste doel van deze studie was om het effect van DOX geladen COL-CS steiger op DW genezing bij ratten te bepalen. CL en NCL werden voorbereid en geëvalueerd in termen van morfologie, zwellingsindex, kinetiek in vitro afgifte en biocompatibiliteit.
Karakterisering van de DOX geladen NCL en CL steiger
De voorbereide steigers bleken poreus te zijn met onderling verbonden poriën. Deze onderling verbonden poriën verzekeren de poreuze, sponsachtige aard die helpt b…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs danken Dr. Ashish D Wadhwani. (Universitair docent en hoofd van de afdeling farmaceutische biotechnologie, JSS College of Pharmacy, Ooty, India) voor het assisteren bij in vitro cel levensvatbaarheidsstudies.
De auteurs willen het Department of Science and Technology – Fund for Improvement of Science and Technology Infrastructure in Universities and Higher Educational Institutions (DST-FIST), New Delhi, bedanken voor het ondersteunen van onze afdeling.
De auteurs willen ook Mr. Sanju bedanken. S en Mr Sriram. Narukulla M. Pharm studenten voor hun steun in de videoshoot.
Dit onderzoek werd ondersteund door de JSS Academy of Higher Education &Research (JSSAHER).
Materials
| 1-ethyl-(3-3-dimethyl aminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) | Merck Millipore, Mumbai, India | E7750 | |
| 2-(N-morpholino) ethane sulfonic acid (MES) | Merck Millipore, Mumbai, India | 137074 | |
| 3-(4, 5 dimethyl thiazole-2 yl) -2, 5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) | Thermo Fisher, Mumbai, India | M6494 | |
| Deep freezer verticle | Labline Instruments, Kochi, India | ||
| Dialysis sack | Merck Millipore, Mumbai, India | D6191-Avg. flat width 25 mm (1.0 in.), MWCO 12,000 Da | |
| Doxycycline | Sigma chemicals Co. Ltd, Mumbai, India | D9891 | |
| Elisa kit | R&D Systems | RMP900 | |
| Escherichia coli (E. coli) | National Collection of Industrial Microorganisms, Pune, India | NCIM 2567 | |
| Ethanol | Merck Millipore, Mumbai, India | 100983 | |
| Lyophilizer-SZ042 | Sub-Zero lab instruments, Chennai, India | ||
| Mechanical Stirrer-RQ-122/D | Remi laboratory instruments, Mumbai, India | ||
| Medium molecular weight Chitosan | Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd., Mumbai, India | 18824 | |
| Microtome-RM2135 | Leica, U.K | ||
| Mouse embryonic fibroblast cells (3T3-L1) | National Centre for Cell Sciences, Pune, India | ||
| Multiple plate reader -Inifinte M200 Pro | Tecan Instruments, Switzerland | ||
| N-hydroxy succinimide (NHS) | Sigma chemicals Co. Ltd, Mumbai, India | 130672 | |
| Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) | National Collection of Industrial Microorganisms, Pune, India | NCIM 2036 | |
| Scanning Electron Microscopy (SEM)-S-4800 | Hitachi, India | ||
| Sodium hydroxide (NaOH) pellets | Qualigen fine chemicals, Mumbai, India | Q27815 | |
| Staphylococcus aureus (S. aureus) | National Collection of Industrial Microorganisms, Pune, India | NCIM 5022 | |
| Staphylococcus epidermis (S. epidermis) | National Collection of Industrial Microorganisms, Pune, India | NCIM 5270 | |
| Streptozotocin (STZ) | Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd., Mumbai, India | 14653 | |
| Type-1 rat Collagen | Sigma chemicals Co. Ltd, Mumbai, India | C7661 | |
| Ultraviolet–visible spectroscopy-1700 | Shimadzu |
Referencias
- . IDF Diabetes Atlas, 9th edn Available from: https://www.diabetesatlas.org (2019)
- Falanga, V. Wound healing and its impairment in the diabetic foot. The Lancet. 366 (9498), 1736-1743 (2005).
- Frykberg, R. G., Banks, J. Challenges in the treatment of chronic wounds. Advances in Wound Care. 4 (9), 560-582 (2015).
- Alexiadou, K., Doupis, J. Management of diabetic foot ulcers. Diabetes Therapy. 3 (1), 1-15 (2012).
- Karri, V. V. S. R., et al. Current and emerging therapies in the management of diabetic foot ulcers. Current Medical Research and Opinion. 32 (3), 519-542 (2016).
- Sanapalli, B. K., et al. Human beta defensins may be a multifactorial modulator in the management of diabetic wound. Wound Repair and Regeneration. 28 (3), 416-421 (2020).
- Caley, M. P., Martins, V. L., O’Toole, E. A. Metalloproteinases and wound healing. Advances in Wound Care. 4 (4), 225-234 (2015).
- Reiss, M. J., et al. Matrix metalloproteinase-9 delays wound healing in a murine wound model. Surgery. 147 (2), 295-302 (2010).
- Gill, S. E., Parks, W. C. Metalloproteinases and their inhibitors: regulators of wound healing. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 40 (6-7), 1334-1347 (2008).
- Stechmiller, J., Cowan, L., Schultz, G. The role of doxycycline as a matrix metalloproteinase inhibitor for the treatment of chronic wounds. Biological Research for Nursing. 11 (4), 336-344 (2010).
- Griffin, M. O., Fricovsky, E., Ceballos, G., Villarreal, F. Tetracyclines: a pleitropic family of compounds with promising therapeutic properties. Review of the literature. American Journal of Physiology-Cell Physiology. 299 (3), 539-548 (2010).
- Burns, F., Stack, M., Gray, R., Paterson, C. Inhibition of purified collagenase from alkali-burned rabbit corneas. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 30 (7), 1569-1575 (1989).
- Kraus, R. L., et al. Antioxidant properties of minocycline: neuroprotection in an oxidative stress assay and direct radical-scavenging activity. Journal of Neurochemistry. 94 (3), 819-827 (2005).
- Yrjänheikki, J., Keinänen, R., Pellikka, M., Hökfelt, T., Koistinaho, J. Tetracyclines inhibit microglial activation and are neuroprotective in global brain ischemia. Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (26), 15769-15774 (1998).
- Moura, L. I., Dias, A. M., Carvalho, E., de Sousa, H. C. Recent advances on the development of wound dressings for diabetic foot ulcer treatment-a review. Acta Biomaterialia. 9 (7), 7093-7114 (2013).
- Natarajan, J., et al. Nanostructured Lipid Carriers of Pioglitazone Loaded Collagen/Chitosan Composite Scaffold for Diabetic Wound Healing. Advances in Wound Care. 8 (10), 499-513 (2019).
- Karri, V. V. S. R., et al. Curcumin loaded chitosan nanoparticles impregnated into collagen-alginate scaffolds for diabetic wound healing. International Journal Of Biological Macromolecules. 93, 1519-1529 (2016).
- Hsieh, W. -. C., Chang, C. -. P., Lin, S. -. M. Morphology and characterization of 3D micro-porous structured chitosan scaffolds for tissue engineering. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 57 (2), 250-255 (2007).
- Xie, Y., Chen, J., Xiao, A., Liu, L. Antibacterial activity of polyphenols: structure-activity relationship and influence of hyperglycemic condition. Molecules. 22 (1913), 1-11 (2017).
- Geerlings, S. E., Brouwer, E. C., Gaastra, W., Verhoef, J., Hoepelman, A. I. Effect of glucose and pH on uropathogenic and non-uropathogenic Escherichia coli: studies with urine from diabetic and non-diabetic individuals. Journal of Medical Microbiology. 48 (6), 535-539 (1999).
- Eloff, J. N. A sensitive and quick microplate method to determine the minimal inhibitory concentration of plant extracts for bacteria. Planta Medica. 64 (8), 711-713 (1998).
- Reddy, G. K., Enwemeka, C. S. A simplified method for the analysis of hydroxyproline in biological tissues. Clinical Biochemistry. 29 (3), 225-229 (1996).
- Charulatha, V., Rajaram, A. Influence of different crosslinking treatments on the physical properties of collagen membranes. Biomaterials. 24 (5), 759-767 (2003).
- Rehakova, M., Bakoš, D., Vizarova, K., Soldán, M., Jurícková, M. Properties of collagen and hyaluronic acid composite materials and their modification by chemical crosslinking. Journal of Biomedical Materials Research: An Official Journal of The Society for Biomaterials and The Japanese Society for Biomaterials. 30 (3), 369-372 (1996).
- Chang, M. -. Y., et al. Doxycycline enhances survival and self-renewal of human pluripotent stem cells. Stem Cell Reports. 3 (2), 353-364 (2014).
- Dovi, J. V., He, L. K., DiPietro, L. A. Accelerated wound closure in neutrophil-depleted mice. Journal of Leukocyte Biology. 73 (4), 448-455 (2003).
- Lindeman, J. H., Abdul-Hussien, H., van Bockel, J. H., Wolterbeek, R., Kleemann, R. Clinical Perspective. Circulation. 119 (16), 2209-2216 (2009).
- Zhang, C., Gong, W., Liu, H., Guo, Z., Ge, S. Inhibition of matrix metalloproteinase-9 with low-dose doxycycline reduces acute lung injury induced by cardiopulmonary bypass. International Journal Of Clinical And Experimental Medicine. 7 (12), 4975-4982 (2014).
