Excelente hidrogel antibacteriano muestra los beneficios de MOP

Excelente hidrogel antibacteriano muestra los beneficios de MOP


Los biomateriales juegan un papel importante en las aplicaciones biomédicas. Los hidrogeles son una de las clases de biomateriales más prometedoras para fines biomédicos. En el último artículo, publicado en la revista Carbohydrate Polymers, investigadores de China desarrollaron un nuevo hidrogel híbrido de poliedros metalorgánicos (MOP)/enzimas a base de quitosano (CS) y discutieron su aplicación como un agente antimicrobiano superior en el tratamiento de cicatrización de heridas.

Excelente hidrogel antibacteriano muestra los beneficios del MOP en la cicatrización de heridas

Estudio: Nuevo hidrogel híbrido organometálico de poliedro/enzima a base de quitosano con efecto antibacteriano para promover la cicatrización de heridas. Crédito: BBbirdZ/Shutterstock.com

Curación de heridas con materiales de bioingeniería

El tratamiento oportuno de una herida puede evitar infecciones bacterianas y otras complicaciones graves. Por lo tanto, el desarrollo de nuevos materiales multifuncionales para apósitos para heridas puede contribuir a una gestión eficaz del cuidado de las heridas.

El polisacárido alcalino CS ha recibido una atención considerable en el campo biomédico. El grupo amino presente en los hidrogeles a base de CS destruye la membrana bacteriana e interfiere con el transporte de sustancias en la pared bacteriana. Aunque CS-Hydrogel tiene propiedades antibacterianas, su actividad antibacteriana se limita a la pared celular y un mayor desarrollo para mejorar sus funciones antibacterianas es una tarea desafiante.

La estructura ordenada, la buena estabilidad, el tamaño de poro ajustable y los sitios de modificación de los MOP facilitan la formulación de MOP que contienen materiales híbridos. A pesar de su facilidad de procesamiento, la aplicación de los hidrogeles híbridos MOP/biopolímero como materiales para la cicatrización de heridas sigue sin explorarse.

La oxidación de la glucosa catalizada por la glucosa oxidasa (GOx) forma peróxido de hidrógeno (H2O2) como uno de los productos. Por lo tanto, GOx es un agente bacteriostático. Sin embargo, los radicales libres hidroxilo (OH) son más potentes para la actividad antibacteriana que el H2O2. Por lo tanto, combinar MOP con GOx puede ser una estrategia eficiente para generar radicales libres OH para tratar infecciones de heridas.

Nuevo hidrogel híbrido

En el presente trabajo, los autores desarrollaron un nuevo hidrogel híbrido de MOP/enzima basado en CS con propiedades antimicrobianas que es ideal para los tratamientos de cicatrización de heridas. GOx se reticula con MOP de vanadio (VMOP-2) y CS utilizando un reticulante de glutaraldehído para formar un nuevo hidrogel híbrido GOx/VMOP-2/CS (GVCS). Los autores caracterizaron el hidrogel GVCS sintetizado utilizando infrarrojo transformado de Fourier (FTIR), microscopio electrónico de barrido (SEM), espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), análisis termogravimétrico (TGA) y análisis de rayos X de dispersión de energía (EDX). Los resultados mostraron una distribución uniforme de VMOP-2 y GOx en la estructura del hidrogel.

En el nuevo hidrogel GVCS, GOx genera H2O2 de la glucosa, mientras que VMOP-2 convierte el H formado2O2 en radicales OH libres y, por lo tanto, muestra actividad bactericida contra bacterias gramnegativas y grampositivas. También el ensayo de bromuro de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio (MTT) y en vivo Los estudios demostraron la citocompatibilidad y la capacidad de cicatrización de heridas del hidrogel GVCS.

Caracterización y evaluación biológica del hidrogel GVCS

Las imágenes SEM del hidrogel GVCS (liofilizado) mostraron una estructura de panal. Además, la comparación de imágenes SEM de hidrogeles CS y GVCS mostró que la adición de GOx y VMOP-2 alteró ligeramente la morfología del hidrogel. El espectro XPS de GVCS mostró cinco picos correspondientes a S 2s, C1s, N 1s, V 2p y O 1s.

El espectro FTIR mostró picos característicos a 3300 centímetros inversos, correspondientes a la elongación de los grupos OH y amina (NH). La CH2 las vibraciones extensionales asimétricas y simétricas se observaron inversamente a 2931 y 2869 centímetros, respectivamente. Los picos a 1646 y 1558 centímetros corresponden inversamente a la flexión de amida y amina. Además, en comparación con el gel CS, los picos a 1646 (amida) y 1033 centímetros inversos (C-OH) aumentaron su intensidad en el hidrogel GVCS debido a los enlaces imina formados por el entrecruzamiento entre los grupos aldehído del glutaraldehído y los grupos amino del quitosano.

Los estudios TGA del hidrogel GVCS mostraron que la pérdida de peso por debajo de los 110 grados centígrados se debe a la pérdida de agua libre. La pérdida de peso entre 110 y 210 grados centígrados confirma la pérdida de agua ligada y la descomposición de la cadena corta. Además, la pérdida de peso entre 210 y 450 grados centígrados corresponde a la descomposición del quitosano, seguida de la descomposición de VMOP-2 por encima de los 390 grados centígrados. Los resultados muestran que la reticulación por VMOP-2 mejoró la estabilidad térmica en el hidrogel GVCS. El mapeo EDX mostró un dopaje exitoso de GOx y VMOP-2 con una distribución uniforme en la estructura del hidrogel.

La actividad antibacteriana del hidrogel GVCS contra bacterias grampositivas (Escherichia coli) y bacterias gram negativas (estreptococo aureus) fue mejor que otros hidrogeles utilizados (CS, V-CS, GOx-CS). GVCS mostró actividad antibacteriana sostenida mediante el uso de glucosa en la herida, lo que sugiere que GOx y VMOP-2 generan continuamente radicales libres OH, lo que resulta en una alta actividad antibacteriana.

La prueba de citotoxicidad del hidrogel GVCS evaluada mediante ensayo MTT en células L929 mostró una buena biocompatibilidad del hidrogel. Con una concentración reducida de glucosa en la herida, se reduce la generación de radicales libres OH por parte de GVCS-Hydrogel, lo que minimiza la irritación, lo que confirma la biocompatibilidad de GVCS-Hydrogel y su idoneidad como material para apósitos para heridas.

El tratamiento de heridas de aproximadamente 25 milímetros cuadrados en la espalda de ratones con solución salina tamponada con fosfato (PBS), CS e hidrogeles GVCS por separado mostró que la cicatrización de heridas fue más rápida en GVCS, lo que sugiere que el hidrogel GVCS promueve la cicatrización de heridas in vivo al generar radicales OH con glucosa en el sitio de la herida.

Los resultados de la tinción con hematoxilina y eosina (H&E) y tricrómico de Masson en los tejidos de la piel después de 25 días de tratamiento con hidrogel GVCS mostraron tejido de granulación maduro en la herida en ratones tratados con GVCS, lo que se atribuye a una angiogénesis más rápida y una distribución fina de fibroblastos. Además, la deposición densa de colágeno en el sitio de la herida sugiere que el hidrogel GVCS ayuda a cerrar la herida.

Conclusión

En este estudio, los autores sintetizaron un nuevo hidrogel híbrido MOP/enzima basado en CS que tiene varias ventajas sobre los apósitos para heridas actuales basados ​​en hidrogel. Este nuevo hidrogel híbrido también demostró una terapia antibacteriana superior.

Cada componente del hidrogel híbrido tuvo una contribución significativa al efecto antibacteriano. GOx ayuda con H2O2 Generación que luego es convertida en radicales libres OH por VMOP-2 y potencia el efecto antibacteriano. Además, el hidrogel híbrido bloquea el suministro de nutrientes a las bacterias al consumir glucosa en el sitio de la herida.

referencia

Song J, Zhang C, Kong S, Liu F, Hu W, Su F y Li S. Nuevos poliedros orgánicos de metal a base de quitosano/hidrogel híbrido enzimático con actividad antibacteriana para promover la cicatrización de heridas. Polímeros de carbohidratos (2022). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861722004271

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