Andamio compuesto de colágeno-quitosano cargado de doxiciclina para la curación acelerada de heridas diabéticas
Summary
El andamio DOX-CL preparado satisfizo los requisitos previos de un apósito DW ideal en resistencia mecánica, porosidad, absorción de agua, tasa de degradación, liberación sostenida, propiedades antibacterianas, biocompatibilidad y antiinflamatorias, que se consideran esenciales para la recuperación del tejido dañado en los trabajadores de la muerte.
Abstract
Una complicación importante de la diabetes mellitus son las heridas diabéticas (DW). La fase prolongada de inflamación en diabetes obstruye las etapas posteriores de lesión que lleva a la herida retrasada que cura. Se seleccionó la doxiciclina (DOX), como un fármaco potencial de elección, debido a sus propiedades antibacterianas junto con sus propiedades antiinflamatorias reportadas. El estudio actual tiene como objetivo formular andamios no reticulados (NCL) y reticulados (CL) cargados con DOX y evaluar su capacidad curativa en condiciones diabéticas. El resultado de la caracterización de los andamios revela que el andamio DOX-CL tiene una porosidad ideal, una baja tasa de hinchazón y degradación, y una liberación sostenida de DOX en comparación con el andamio DOX-NCL. Los estudios in vitro revelan que el andamio DOX-CL fue biocompatible y mejoró el crecimiento celular en comparación con los grupos de control y tratados con andamios CL. Los estudios antibacterianos han demostrado que el andamio DOX-CL era más efectivo que el andamio CL contra las bacterias más comunes que se encuentran en DW. Usando el streptozotocin y el modelo dieta-inducido alto en grasas de DW, un índice perceptiblemente (p≤0,05) más rápido de contracción de la herida en el grupo tratado andamio de DOX-CL fue observado comparado a ésos en el andamio del CL tratados y los grupos de control. El uso del andamio DOX-CL puede resultar ser un enfoque prometedor para el tratamiento local para los trabajadores de la mujer.
Introduction
La diabetes mellitus (DM) es una condición en la que el fracaso del cuerpo para administrar insulina o reaccionar a sus resultados en la digestión anormal de azúcares directos provoca un aumento de la glucosa en sangre 1. El enredo más consecutivo y aplastante de la DM es la herida diabética (DW). Aproximadamente el 25% de los pacientes con DM tienen la oportunidad de acumular una DW en su vida 1. La cura obstaculizada de DW se acredita a un triopathy del DM: immunopathy, vasculopathy, y neuropatía. Siempre que la DW no se trate, puede dar lugar al desarrollo de gangrena, lo que provoca la extracción del órgano en cuestión 2.
Muchos tratamientos, como instruir a los pacientes (inspeccionar la herida diariamente, limpiar la herida, evitar actividades que crean presión sobre la herida, monitoreo periódico de glucosa, etc.), controlar su glucosa en sangre, desbridamiento de la herida, descarga de presión, procedimiento médico, oxigenoterapia hiperbárica y terapias avanzadas son en la práctica 3,4. La mayoría de estos medicamentos no abordan todos los requisitos previos vitales para la atención de la DW a la luz de las condiciones fisiopatológicas multifactoriales y los gastos inesperados relacionados con estos medicamentos 5. Aunque la patogenesia de DW es multifactorial, la inflamación persistente con la gerencia inadecuada del tejido se indica para ser la razón real de la cura retrasada en DWs 5,6.
Los niveles aumentados de mediadores inflamatorios y favorable-inflamatorios en DW dan lugar a factores de crecimiento disminuidos responsables de la herida retrasada que cura 2,6. La formación inadecuada de la matriz extracelular (ECM) en DWs se acredita a los niveles crecientes de metaloproteinasas de la matriz (MMPs) responsables de la degradación rápida de ECM formado. En los MMPs, MMP-9 es reportado como un intermediario importante responsable de la inflamación prolongada y la rápida degradación de la ECM 7. Se afirma que el tratamiento local con un fármaco antiinflamatorio que disminuye los niveles elevados de MMP-9 restablece la homeostasis cutánea, la disposición marco y provoca una mejor curación de los DWs 8,9.
La doxiciclina (DOX), un inhibidor de MMP-9, fue elegida para suprimir los niveles elevados de MMP-9, un mediador inflamatorio importante responsable de la inflamación persistente en DWs 10,11,12. Además, dox poseen antioxidante (producir radicales hidroxi y fenoxi libres capaces de unirse con especies reactivas de oxígeno) 13 y anti-apoptótico (inhibir la expresión de caspasa y estabilización mitocondrial) 14 actividades que son esenciales para el tratamiento de dw. Se eligió la disposición de los marcos que contenían DOX, colágeno (COL) y quitosano (CS). La elección del COL depende de la forma en que ayuda a proporcionar el marco necesario responsable de la resistencia mecánica y la regeneración tisular 15. Por otra parte, el CS es estructural homólogo al glycosaminoglycan, asociado a varias fases curativas de la herida. También se informa que el CS posee una propiedad antibacteriana significativa 15. Por lo tanto, el andamio COL/CS de DOX está formulado para suprimir la inflamación prolongada, seguido de apoyar la formación de la matriz para la cura exitosa de heridas en condiciones de DM.
Protocol
Representative Results
Discussion
El objetivo principal de este estudio fue determinar el efecto del andamio COL-CS cargado dox en la curación de DW en ratas. El CL y el NCL fueron preparados y evaluados en términos de morfología, índice de la hinchazón, cinética in vitro del lanzamiento, y biocompatibilidad.
Caracterización del andamio NCL y CL cargado dox
Se encontró que los andamios preparados eran porosos con poros interconectados. Estos poros interconectados aseguran la naturaleza porosa y espo…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen al Dr. Ashish D Wadhwani. (Profesor Asistente y Jefe del Departamento de Biotecnología Farmacéutica, JSS College of Pharmacy, Ooty, India) por ayudar en los estudios de viabilidad de células in vitro.
Los autores desean agradecer al Departamento de Ciencia y Tecnología – Fondo para la Mejora de la Infraestructura de Ciencia y Tecnología en Universidades e Instituciones de Educación Superior (DST-FIST), Nueva Delhi, por apoyar a nuestro departamento.
Los autores también quieren dar las gracias al Sr. Sanju. S y el Sr. Sriram. Estudiantes de Narukulla M. Pharm por su apoyo en la sesión de video.
Esta investigación fue apoyada por la 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 |
Referências
- . 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).
