Стійкість до антибіотиків є однією з основних проблем в охороні здоров'я та причиною персистувальних інфекцій, пов'язаних з утворенням біоплівки на місцях інфекцій, із медичними пристроями, що призводить до зростання необхідності в більш ефективних антибіотиках.
Мета дослідження полягає у розробленні нових антимікробних матеріалів місцевого призначення, що можуть проявити себе як ефективні засоби в боротьбі з бактеріальними інфекціями й сприяти покращанню якості та безпеки життя людей.
Хітозан є особливим типом біополімеру, а наявність первинних амінів у його основній структурі надає йому вигідних фізико-хімічних характеристик та сприяє унікальній взаємодії з білками, клітинами та іншими біологічно активними речовинами. Найважливішими з його властивостей для біомедичного застосування є нетоксичність, антибактеріальна активність та здатність до біодеградації.
Нещодавно електроспінінг став одним із найпопулярніших методів виробництва нановолокон із різних синтетичних і природних полімерів. Цей метод дозволяє отримувати матеріали з діаметрами волокон менше ніж 100 нм, що імітують природний позаклітинний матрикс і можуть сприяти адгезії клітин та регенерації тканин. Також доведено, що волокнисті конструкції з хітозану демонструють більшу ефективність, ніж плівки, губки або гелі.
Нові мембрани хітозану, одержані з двох співвідношень співрозчинників TFA/DCM (7:3 і 9:1), були виготовлені за допомогою традиційного електропрядіння, за яким відбувалося оброблення водним 1 М NaOH, водним 1 М Na2CO3, NaOH-етанолом або Na2CO3-етанолом. Крім структурної стабільності, нейтралізація NaOH-етанолом зберегла структуру мембран після експерименту з деградації у PBS упродовж 1 місяця. Всі варіанти мембран (після виготовлення та після нейтралізації) підтримували прикріплення й проліферацію клітин протягом 6-денного періоду, але оброблення етанолом мембран хітозану, виготовлених із 9:1 TFA/DCM, спричинило зменшення росту клітин. Мембрани хітозану, виготовлені із співвідношення розчинників 7:3 TFA/DCM, проявляли біосумісність та ефективні антибактеріальні властивості проти S. aureus і E. coli.
Додавання PEG до розчину із суміші хітозан / полімолочна кислота (Ch/PLA) підвищує гідрофільність отриманих матеріалів. Виготовлені матеріали, що складаються з Ch, модифікованого PLA і PEG як співрозчинника, разом із постобробленням (нейтралізацією лугом) для підвищення водостійкості демонструють повільнішу швидкість деградації (стабільна помірна втрата ваги впродовж 16 тижнів) і знижену гідрофобність (менший контактний кут, що досягає 21,95 ± 2,17°), що робить їх перспективними для біомедичних застосувань. Антибактеріальну активність мембран оцінювали стосовно золотистого стафілокока та кишкової палички, причому зразки, що містять PEG, показали вдвічі більші рівні пригнічення швидкості розмноження бактерій. Дослідження в культурі клітин in vitro продемонстрували, що PEG-вмісні матеріали сприяють рівномірному прикріпленню та проліферації клітин.
Посилені антимікробні властивості можна досягти за допомогою включення біоцидних агентів, таких як металеві наночастинки, до біополімеру. Проте електропрядені нановолокна, навантажені металевими наночастинками, такими як AgNPs, можуть мати цитотоксичний ефект на клітини ссавців. З іншого боку, успішне керування складом розчину та контрольованою структурою нановолокнистих мембран на додаток до відповідної процедури постоброблення є необхідним, ураховуючи важливість початкової взаємодії між бактеріальними клітинами й нановолокнами.
Це дослідження висвітлює потенціал електропрядених хітозанових мембран як ефективних антимікробних покриттів для біомедичних застосувань, а інтеграція наночастинок срібла в ці мембрани також підвищує й урівноважує їх дозозалежну антибактеріальну ефективність, починаючи з 25–50 мкг/мл, проти S. aureus і E. сoli в експерименті in vitro. Антиадгезивна активність мембран проти цих бактеріальних штамів ще більше підкреслює їх ефективність у боротьбі з мікробними інфекціями, а також у запобіганні утворенню бактеріальних біоплівок завдяки модифікації нановолокнистих матеріалів AgNPs.
Експеримент in vivo на лабораторних щурах дозволив установити перевагу навантажених наночастинками срібла Ch/PLA мембран щодо антимікробної дії на ранову інфекцію, сприяючи більш ефективному очищенню та загоєнню ран порівняно з немодифікованими зразками. Мембрани Ch/PLA, модифіковані AgNPs, на 3-тю добу показали помірно виражений запальний процес із некротизованими тканинами та грануляційною тканиною. На 10-ту добу спостерігалося утворення зрілої грануляційної тканини з мінімальною запальною інфільтрацією, а на 21-шу добу тканини характеризувалися фіброзними змінами з незначною запальною реакцією, що свідчило про ефективне загоєння ран.
Комплексне оцінювання цих нових матеріалів, що демонструють покращені фізичні, хімічні й біологічні властивості in vitro та in vivo, підкреслює їх потенціал для біомедичного застосування в тканинній інженерії та регенеративній медицині.
