Hudsårregenerering med bioaktiv glas-guld nanopartikelsalve

Heling er en kompleks proces ved voksne hudnedsættelser, der kræver biokemiske samarbejdsprocesser til reparation på stedet. Forskellige celletyper (makrofager, leukocytter, mastceller) bidrager til de associerede faser af spredning, migration, matrix syntese og kontraktion, kombineret med vækstfaktorer og matrixsignaler på sårstedet. At forstå signalstyring og mobilaktivitet på stedet kan hjælpe med at forklare processen med voksen hudreparation ud over blot at lappe op og mere som regenerering, at vurdere biomekanik og implementere strategier for accelereret sårreparation i regenerativ medicin.

Bioingeniører, materialeforskere og livsforskere, der studerer skæringspunktet mellem materialer og medicin, har udviklet autografter, allotransplantater og xenotransplantater til delvis og fuld sårheling. Begrænsninger af disse procedurer kan forsinke helingen af ​​store områder af hudfejl og er et betydeligt klinisk problem i sundhedsvæsenet, på grund af den potentielle risiko for antigenicitet og sygdomsoverførsel. Vævstekniske strategier til hudregenerering er en praktisk tilgang, der involverer brug af bioaktive biomaterialer til assisteret angiogenese og hurtigere revaskularisering.
I en nylig undersøgelse, Sorin Marza og kolleger ved de tværfaglige forskningsinstitutter og fysiske fakulteter, bio-nano-videnskaber, apotek og medicin, udviklet bioaktive glas-guld nanopartikler (BG-AuNP'er) for at fremme væksten af ​​granuleringsvæv og fremkalde sårheling. I undersøgelsen, forskerne undersøgte virkningen af ​​BG-AuNP-kompositter som en aktuel salve i 14 dage på sårheling af huden ved hjælp af en eksperimentel rottemodel. Marza et al. udviklet en sol-gel af BG'er og BG-AuNP-kompositter blandet med vaselin i koncentrationer på 6, 12 og 18 vægtprocent (vægt%) for at forstå hudens reparationsrespons. Forskerne observerede granulomatiske reaktioner under helingsprocessen i de sår, der blev behandlet med BG-vaselin-salven. Resultaterne er nu offentliggjort i Biomedicinske materialer , IOP Publishing.

Angiogenese, eller dannelsen af ​​nye blodkar fra eksisterende kar er en vigtig proces under hudregenerering. Bioaktivt glas er ansvarlig for lokale cellulære reaktioner på grund af in vivo nedbrydning, stimulering af frigivelse af vækstfaktorer, såsom VEGF (vaskulær endotelvækstfaktor) og bFGF (grundlæggende fibroblastvækstfaktor) til at forårsage en angiogen virkning. En række undersøgelser af vævsteknik har vist fordelene ved bioaktivt glas ved sårheling, baseret på resultater i dyremodeller in vivo. I sit handlingsprincip, forskere har rapporteret, at bioaktivt glas stimulerede processen ved at kontrollere inflammationsresponsen for at forstærke parakrineffekten mellem makrofager og reparere celler.

Guldnanopartikler (AuNP'er) bliver på samme måde vigtige i medicin på grund af deres kemiske og fysiske egenskaber ved biokompatibilitet, overflademodifikation, stabilitet og optiske egenskaber. På trods af deres udfordrende tidlige oversættelse inden for vævstekniske tilgange, en lav koncentration af AuNP'er kan stimulere celleproliferation under sårreparation. Forudgående undersøgelser af det samme forskergruppe viste, at bioaktivt glas med AuNP'er kunne stimulere spredning af humane keratinocytceller (HaCaT), som udgør 95 procent til 97 procent af epidermis på hudoverfladen. I denne undersøgelse, Marza et al. undersøgte potentialet for dermal vævsregenerering in vivo. Ved dag 14, de observerede, at både BG og BG-AuNP-vaselin salver kunne stimulere fuldstændig hudregenerering i eksperimentelle rotte modeller, underbygget med histopatologiske analyser af guldstandard.

Marza et al. frisklavede sfæriske AuNP'er, der spænder fra størrelser på 15 nm til 30 nm, bekræftet ved hjælp af transmissionselektronmikroskop (TEM) mikrografer til at indlejre i glasmatricen. Brug af røntgenpulverdiffraktionsmønstre (XRD) af glasprøverne, forskerne undersøgte de amorfe strukturer for at identificere krystallisationscentrene og guldsignaturen. Karakteriseringsstudierne for de sammensatte prøver omfattede også Fourier transform infrarød spektroskopi (FTIR), som gav spektre, der er typiske for et silikatnetværk. For at udvikle salven med glaskomposition, forskerne spredte pulverkompositmaterialerne i vaselin. De brugte derefter dynamisk lysspredning (DLS) til at måle partikelstørrelsesfordelinger og bekræfte forskellen i størrelser mellem BG-vaselin- og BG-AuNP-vaselinprøvestrukturer.

Efter omfattende materialebeskrivelse, forskerne gennemførte biofunktionaliseringsundersøgelser in vitro med keratinocytcellekulturer for at verificere biokompatibilitet, før de udførte kirurgiske procedurer i en translationel dyremodel. Som før, Marza et al. undersøgte proliferationen af ​​HaCaT-celler på BG-AuNP'er og opnåede sammenlignelige resultater af god in vitro-tolerance under keratinocytproliferation på begge materialer (BG og BG-AuNP'er). Resultaterne underbyggede kompositterne til brug som salver til in vivo -undersøgelser.

For at vurdere helingspotentialet for BG og BG-AuNP'er i vaselin salverne, Mayer et al. dannede kompositter på 6, 12 og 18 vægtprocent koncentration. Til sammenligning, forskerne brugte vaselin som en positiv kontrol. I rottemodellerne, forskerne skabte omhyggeligt fire hudskæringssår ved med succes at replikere en tidligere offentliggjort smådyrsoperationsprotokol. De brugte en bestemt metode på hver rotte ved påføring af salven; (1) den øvre venstre excision blev holdt som kontrol uden salve, (2) på venstre nedre udskæring, forskerne påførte BG-vaselin salven, (3) i øverste højre excision, de påførte vaseline alene og (4) på ​​udskæringen nederst til højre, de påførte BG-AuNP-vaselin salve.

Forskerne brugte 30 rotter i undersøgelsen med 10 rotter tildelt separate grupper (6% BG-vaselin og BG-AuNPs-vaselin salve; 12% BG/BG-AuNPs-vaselin; 18% BG/BG-AuNPs-vaselin). Arbejdsprotokollen var den samme for hver gruppe. Efter påføring af salve, forskerne tilføjede sterile bandager til sårstederne på rotter for at forhindre sårinfektion postoperativt og administrerede Tramadol subkutant som et smertestillende middel. På dag 13, sårene blev lukket hos alle dyr. Efter 14 dage, de aflivede dyrene på human vis og foretog histologiske undersøgelser for at afsløre milde inflammatoriske reaktioner og sårhelingsvar i de respektive dyregrupper. I alle grupper, vaskulær spredning var mild til moderat.

Mayer et al. specifikt observeret stort set fuldstændig helbredelse med intakt epidermis, dermis og hudvedhæng i gruppen på 18 procent BG-AuNPs-vaselin. De observerede også mangel på vaskulær spredning for denne gruppe, som de tilskrev avanceret helbredelse og sen vaskulær ombygning. På denne måde, Mayer et al. omfattende karakteriseret og etableret bioaktivt glas-guld nanopartikelbaserede vaselin salver som lovende materialer til sårheling. Forskergruppen vil foretage yderligere undersøgelser for at optimere sårhelingssalven til undersøgelser i oversættelse fra bænk til seng.

© 2019 Science X Network