Új megközelítés a fekélyek megelőzésében és a sebgyógyulás kezelésében doxicillin és amoxicillin/LDH nanokompozitokkal

Az 1A ábrán az LDH, a doxiciklin és a doxicillin/LDH XRD-mintái láthatók. Az XRD-eredmények megerősítik az LDH szerkezetét az ICDD (00-048-0601)18 számú kártyához viszonyítva. Az átlagos kristályméretet (L) a Debye-Scherer-képlet segítségével számoltuk ki: L = kλ/Bcosθ, ahol k az alakfaktor, B a spektrális vonal szélessége a félmaximum intenzitásánál, λ a röntgenhullámhossz és θ a Bragg-diffrakciós szög. Az Mg-Al LDH-k rhomboéderes kristályszerkezetet mutattak ki R-3m tércsoporttal és a = b = 3,04 Å és c = 23,5 Å egységcellaparaméterekkel. A (003) és (006) bazális síkok, valamint a (015) és (018) síkok kiszélesedése megerősítette az LDH-k réteges szerkezetét. A kristályos méret 16,441 nm volt. A doxiciklin/LDH minden csúcsa hasonló az LDH-k diffrakciós mintázatának csúcsaihoz, ami megerősíti a szerkezet stabilitását a betöltés után. Az 1B. ábrán látható, hogy minden mintázat az amoxicillin-LDH jól kristályosodott hidrotalcit-szerű fázisának kialakulására utal. Érdekes módon a DOX/LDH és az AMOX/LDH esetében a DOX-szal és az AMOX-szal történő betöltés után a bazális távolsági hézagok 0,112, illetve 0,419 Å voltak. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a d-távolság változása nagyon kicsi volt; ami arra utal, hogy a DOX vagy az AMOX kevésbé hatékony behatolást mutat az Mg-Al/LDH közti rétegbe19. Ezért az XRD-mintázat változása közvetett bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a gyógyszerek a pozitív LDH felületén adszorbeálódtak. Az anyagot nem szennyezte légköri CO2, amit az EDAX is megerősített.

Az FT-IR spektrumot az Mg-Al/LDH, az amoxicillin/LDH és a doxicillin/LDH nanokompozitok szerkezetének becslése céljából vizsgáltuk, amint az az 1. ábrán (C,D) látható. Az Mg-Al-NO3 LDH-ban lévő kémiai kötéseket a 622 cm-1 -nél központosított sáv alapján azonosították, amelyet az M-O-M rezgésnek tulajdonítottak20,21. Ez a sáv, hasonlóan az M-O-H hajlításhoz21 kapcsolódó sávhoz, az oxigén-fémionok transzlációs mozgásához kapcsolódik a brucitszerű rétegekben22,23. A 3441 cm-1 -nél lévő erős, széles sáv a brucitszerű rétegekben az OH-csoport H-kötésének (ν O-H) nyújtási rezgéséhez kapcsolódik21. A rétegek közötti H2O molekulák20 hajlító rezgése (δ H2O) 1638 cm-1-nél jelent meg. Az 1381 cm-1-nél elhelyezkedő csúcs az LDH közti rétegben lévő NO3 csoportok ν3 nyújtási rezgéséhez kapcsolódik.

Érdekes módon az 1C,D ábra az AMOX és DOXY fontos sávjainak jelenlétét mutatja az Mg-Al LDH/AMOX és Mg-Al LDH/DOXY kompozitok spektrumában, ami a gyógyszerek sikeres betöltését jelzi az Mg-Al LDH gazdatestben24,25 . Ezenkívül az 1381 cm-1-nél lévő NO3-csúcs intenzitása csökkent, ami a nitrát-anionok antibiotikumokkal történő cseréjére utal24. Ezenkívül néhány csúcs új értékekre tolódott; például az 1381 cm-1-nél lévő NO3-csoport-csúcs 1375 cm-1-re tolódott, míg néhány csúcs, például az AMOX-ban lévő COO- karbonilcsoport C=O nyújtási rezgéséhez kapcsolódó csúcs 1775 cm-1-nél eltűnt az Mg-Al LDH/AMOX nanokompozit esetében, ami megerősíti a betöltődési folyamatot.

Az Mg-Al/LDH morfológiáját FESEM felvételek segítségével vizsgáltuk, amelyek alátámasztották az XRD eredményeit; ahol minden réteg lemezszerű morfológiába csoportosul, amint az a 2. ábrán látható. This is due to the slowness of the homogeneity and nucleation processes.

The HRTEM micrographs presented further confirmation on the observations of XRD, In Fig. 3A,B, the HRTEM images showed the layered structures Mg-Al/LDH. While in Fig. 3C,D show Mg-Al/LDH after loading Doxycycline and finally Fig. 3E,F show Amoxicillin drugs on Mg-Al/LDH. The layered structure appeared, therefore the LDH structure is stable after drug loading. The Selected Area Electron Diffraction (SAED) pattern assumed the good crystallinity of LDHs.

A dinamikus fényszórással meghatározott Mg-Al/LDH, doxiciklin/LDH és amoxicillin/LDH Z-átlagátmérőket és potenciálokat különböző pH-értékek mellett az 1. táblázat tartalmazza. A doxiciklin/LDH és az amoxicillin/LDH átmérője 723,1, illetve 1217,8 nm-rel nagyobb volt, mint az Mg-Al/LDH-é. Ez az eltérés az amoxicillin és a doxiciklin LDH felületén történő adszorpciójának tulajdonítható. Az Mg-Al/LDH, a doxiciklin/LDH és az amoxicillin/LDH optimalizált zéta-potenciáljait különböző pH-értékek mellett az 1. táblázat mutatja. Az Mg-Al/LDH pozitív zétapotenciálja a különböző pH-értékeken az LDH természetének tulajdonítható. Az AMOX/LDH és a DOX/LDH esetében a zétapotenciál csökkent a tiszta LDH-hoz képest. Ez azt tükrözte, hogy az AMOX és a DOX nagymértékben sikeres nanokompozit formulák26

A (2. és 3. táblázat adatai a DOX/LDH és az AMOXcyclin/LDH nanokompozit akut toxicitási vizsgálatainak eredményeit mutatják be egereken orális beadást követően. A DOX/LDH és AMOX/LDH nanokompozitok beadását követően a toxicitás tünetei olyan betegségekben jelentkeztek, mint remegés, gyors légzés, hátgörbület, görcsök és kóma, majd halál. A DOX/LDH nanokompozitok esetében a halálozási valószínűség 600 mg/testtömegkilogrammnál kezdődött, szemben az AMOX/LDH 1100 mg/testtömegkilogrammnál. A DOX/LDH és az AMOX/LDH esetében 1100 és 1210 mg/testtömegkilogramm LD50-nek adódott, és mindkét nanokompozitban 1600 és 1500 mg/testtömegkilogramm dózisnál 100%-os mortalitást (LD100) értek el. Ezek az eredmények mind a DOX/LDH, mind az AMOX/LDH nanokompozitok biztonságos felhasználását jelezték a farmakológiai vizsgálatokban.

A DOX/LDH nanokompozit és az AMOX/LDH nanokompozit esetében 1/200 és 1/30 LD50 értéket vettünk figyelembe a fekélykezelés értékeléséhez ebben a vizsgálatban. A toxikológiai vizsgálatokat mindkét nanokompozit esetében egereken, a seb- és fekélykezeléseket pedig patkányokon vizsgáltuk, mivel vizsgálatunkban nem észleltünk jelentős különbséget a patkányok és egerek LD50 értékei között. Számos vizsgálatban a patkányok terápiás dózisa majdnem megegyezik az egerek dózisával, de ha a toxikus dózisra kérdezünk rá, az jelentős mértékben eltér. Ha akut toxicitási vizsgálatot végeznek egy új és legbiztonságosabb terápiás dózis megállapítására egerek felhasználásával, akkor biztosak lehetnek abban, hogy ez a dózis elég biztonságos a patkányok számára. A tökéletes terápiás dózis kiválasztásához patkányokon az egerekhez képest csak néhány (pl. csak +/-5%) dózist kell módosítani, vagy csak néhány esetben különbözik, vagy nem különbözik. Ezért javasolt az egereken történő dózismódosítás, amelyet aztán könnyen át lehet alakítani és be lehet állítani patkányokon, ami egyben gazdasági előnyt is biztosít, amint azt korábban más tanulmányokban27,28,29,30,31,32,33,34 (1-7) is említették.

Az LD50 és a gyógyszerdózis növelésével a toxicitás nőtt a vizsgálatban, amint az a 2. és 3. táblázatban látható. Ráadásul ezeket a dózisokat először egy kísérleti vizsgálathoz választottuk ki, és a kapott eredmények alapján számoltuk ki az LD50-et. Továbbá a korábbi szakirodalom35,36 alapján az amoxicillin és a doxiciklin esetében is ugyanazt a dózist találtuk. Az aktív gyógyszerkomponens (csak AMOX vagy DOX) dózisa a következő volt: az amoxicillinnel töltött NP-ket vagy amoxicillinport szájon át adtuk be SD patkányoknak (250-300 g, csoportonként hat patkány) 8 órán át koplalva, 40 mg/kg amoxicillin adagban35. A doxiciklin dózisát az LD50 alapján választottuk ki, valamint egy korábbi tanulmány alapján, amely arról számolt be, hogy a doxiciklin pH-ja körülbelül 3,3 és dózisa 5 mg/ttkg36..

A DOX/LDH (G4) és AMOX/LDH (G2) nanokompozit kenőccsel helyileg kezelt macskáknál a sebgyógyulás százalékos aránya és a sebzáródás mérete szignifikáns növekedést mutatott 4 éves korban (p < 0.001, p < 0.00), 8 (p < 0.001, p < 0.001),12 (p < 0.001, p < 0.00) és 16 nap (p < 0.001, p < 0,001) lokális adagolás a DOX/LDH és az AMOX/LDH sebterületén, illetve a nem kezelt kontrollcsoporthoz képest. Ezenkívül a G3 (AMOX), G5 (DOX), G6 (standard) és G7 (Mg AL) esetében a sebgyógyulási aktivitás szignifikáns növekedését mutatták ki 4 (p 0,5, p 0,001, p 0,001.001, p < 0,5), 8 (p < 0,001), 12 (p < 0,001), illetve 16 napos (p < 0,001) kezelést követően a kezeletlen kontrollcsoportokhoz képest. A G3, G5, G6 és G7 között nem szignifikáns eltérés volt megfigyelhető. A G2 és G4 csoportokban szignifikáns növekedés mutatkozott a sebzáródás arányában a többi csoporthoz képest, kivéve a kontroll G3, G5, G6 és G7 csoportokat (4. táblázat), (4. ábra) és (1. ábra). A teljes sebgyógyulás a DOX/LDH (G4) és AMOX/LDH (G2) nanokompozitokban és a G6-ban (standard) 18 nap után következett be, szemben a többi csoport 24 napos teljes záródásával; ami gyorsabb, rendkívül hatékony sebgyógyulási folyamatot jelez az antimikrobiális gyógyszereket tartalmazó nanokompozitokban.

A különböző kezelések bőrmintáinak hisztopatológiai vizsgálata azt mutatta, hogy mind az AMOX/LDH, mind a DOX/LDH nanokompozitok teljes sebgyógyulást eredményeztek normális hámképződéssel és érrendszerrel. Sőt, ugyanez a gyógyulási aktivitás jelentkezett egy standard csoportban is, de alacsonyabb hatékonysággal, mint e két csoportban. A többi AMOX, DOX, Mg/Al és kontroll csoport viszont teljes sebgyógyulást mutatott pangással és hámszakadással (5. ábra).

A 98,9%-os biotechnológiai abszolút etanol orális beadása 24 órás éhező patkányoknak magasabb fekélyindexet indukált a kontroll nem kezelt csoportban (P < 0,00) a többi kezelt csoporthoz képest. A DOX/LDH-val (p 0,000) és AMOX/LDH-val (p 0,000) előkezelt csoportokban a fekélyindex szignifikáns csökkenése volt megfigyelhető, nagyobb védettséggel a kontroll nem kezelt csoporthoz képest. A Ranitidinnel® kezelt standard csoport szintén jelentős csökkenést mutatott (p < 0,000) a fekélyindexben a kontrollcsoporthoz képest. Az AMOX/LDH-val (G2) (p > 0.05), DOX/LDH-val (G4) (p > 0.05), AMOX (G3) (p > 0,05) és a standard csoport (G6) (p > 0.05) viszont nem mutatott szignifikáns eltérést egymáshoz képest, azonban szignifikáns különbséget mutatott a DOX (G5) (p < 0,05) és az Mg-Al (G7) (p < 0,05) csoporttal összehasonlítva. Ez a két csoport G5 (p > 0,05) és G7 (p > 0,05) nem mutatott szignifikáns eltérést egymás között, de jelentősen különbözött a kezeletlen kontrollcsoporttól. A DOX/LDH, AMOX/LDH és standard csoportban a gyomor maximális százalékos védelme volt megfigyelhető a többi csoporthoz képest (5. táblázat) és (6. ábra).

Histopathological investigation into the different treatments of the stomach revealed good gastric and mucosal protection with normal structure in the DOX/LDH, AMOX/LDH, Standard and Mg/Al, while deep gastric ulcer was observed in DOX, AMOX. and the Control Groups (Fig. 7).

A gyors clearance és metabolizmus, a biológiai folyadékokban való instabilitás, a magas adagolás, a szisztémás mellékhatások és a hatás helyének korlátozott elérése a fő hátrányai az antimikrobiális szerek alkalmazásának37. A nanotechnológiát alkalmazó hatóanyag-leadó rendszer ma már nagyon fontos modell a gyógyszerek terápiás hatékonyságának növelésére, az aktív vagy passzív célzásra, a szabályozott felszabadulásra és a szisztémás mellékhatások kiküszöbölésére38. Legjobb tudomásunk szerint, bár mind a doxiciklin, mind az amoxicillin széles spektrumú antimikrobiális szerek, amelyeket gyakran alkalmaznak számos betegség kezelésére emberekben és állatokban. Korábban nem végeztek vizsgálatokat az ilyen gyógyszerek rétegelt kettős hidroxid (LDH) nanokompozitba történő betöltésére vonatkozóan új alkalmazások feltárása céljából. Hasonlóképpen, a DOX/LDH vagy AMOX/LDH nanokompozitok sebgyógyító aktivitására vagy fekélykezelésére vonatkozó korábbi adatok sincsenek. E tanulmány terve két fő célt tartalmazott, az alábbiak szerint: Doxiciklin és amoxicillin beépítése Mg/Al LDH-ba antimikrobiális nanokompozitok formájában, valamint az akut toxicitásuk szűrése mellett in vivo sebgyógyító és fekélykezelő képességük vizsgálata.

A rétegelt kettős hidroxid (LDH) nagy jelentőséget mutatott a gyógyszerhordozó rendszerek új modelljeként a farmakológia ágában a biztonságosságuk és alacsony toxicitásuk miatt38.

Az akut toxicitási vizsgálatban az LD50-et használtuk mind a DOX/LDH, mind az AMOX/LDH nanokompozitok akut toxicitásának meghatározására. A DOX/LDH nanokompozitok esetében az egerek 600 mg/testtömeg-kilogrammtól kezdve mutattak toxikus tüneteket és mortalitást, a maximális mortalitást (LD100) pedig 1600 mg/testtömeg-kilogrammnál érték el. Ezzel szemben az AMOX/LDH nanokompozitok mortalitása 1000 mg/testtömeg kg-nál kezdődött, a maximális mortalitást (LD100) 1500 mg/testtömeg kg-nál érték el. A DOX/LDH LD50-értéke 1100, míg az AMOX/LDH-é 1210 volt; így mindkettő biztonságos gyógyszernek minősült. A DOX/LDH-val vagy AMOX/LDH-val kezelt egerek nem mutattak toxikus tüneteket vagy mortalitást a normál adagolású kezelés után, ami a gyógyszerek biztonságos alkalmazhatóságára utal. Az olyan gyógyszerek vagy anyagok, amelyek LD50 értéke 1000 mg/testtömeg-kilogramm volt. |értéket szájon át történő beadás után biztonságosnak vagy alacsony toxicitásúnak tekintik39; ezért mind a DOX/LDH, mind az AMOX/LDH biztonságos gyógyszernek tekinthető. Hasonlóképpen a magnézium- vagy alumíniumalapú LDH-kat tekintik a legbiztonságosabb nanoanyagoknak a gyógyszerbevitelhez, és a legkevésbé toxikusnak a többi LDH-típushoz képest40. Ezért az LDH-t széles körben használják nanoanyag-hordozóként gyógyszerhordozó rendszerek vagy más anyagok, például fehérjék vagy gének számára41.

A nanotechnológia nagyszerű alkalmasságot mutat a sebgyógyító kezelések javításában. A nanométeres skála megnyitotta az utat a rendkívül fejlett orvosi technológiákban felhasználható új anyagok fejlődése és a multifunkcionális nanohordozók célzott hatékonyságának megújítása előtt. A kis molekulájú gyógyszerek nanorészecskékbe vagy rétegekbe történő beépítése módosíthatja azok biztonságosságát, biológiai hozzáférhetőségét és hatékonyságát42. A gyógyszerek farmakokinetikáját és farmakodinamikáját nagymértékben befolyásolja a nanohordozó mérete43.

A sebgyógyulás még mindig kihívást jelentő klinikai probléma, amelyhez hatékony sebkezelésre és -ápolásra van szükség. Ezen túlmenően a seb és a szövetek hatékony helyreállítása a 21. században még mindig jelentős egészségügyi és orvosbiológiai kihívást jelent. A fertőzött vagy krónikus sebek gyakran életveszteséghez vezetnek a kívánt funkció ellátására való képesség elvesztése és a fájdalom fokozott súlyossága révén, amellett, hogy megterhelik az egészségügyi rendszer erőforrásait1, ezért olyan módszerek vagy gyógyszerek keresése, amelyek segíthetnek a sebgyógyulási folyamat felgyorsításában és a sebek teljes gyógyulási idejének lerövidítésében, nagy jelentőségű terápiát tárna fel. A sebgyógyulási aktivitás százalékos arányát és a seb 22 napon át tartó záródásának méretét a szövettani leletek mellett a sebgyógyulási aktivitás markereként használták. Helyi alkalmazást követően a DOX/LDH nanokompozitok gyors és teljes sebgyógyulási folyamatot mutattak rövidebb idő alatt, mint az AMOX/LDH nanokompozitok, és jobban, mint a szabad gyógyszerek önmagukban és a kezeletlen csoport. Ugyanígy a DOX, AMOX, LDH (Mg/Al) és a standard csoport is jó gyógyulási aktivitást mutatott, de hosszabb idő alatt, mint a DOX/LDH és AMOX/LDH nanokompozit kenőcs. A DOX/LDH és AMOX/LDH nanokompozitok jó gyógyulási aktivitása az antimikrobiális hatóanyagokat hordozó nanoanyag jó sebbehatoló képességének tulajdonítható. A be nem gyógyult sebek fő oka a bakteriális fertőzések44 , ezért az LDH nanoanyagra töltött Doxiciklin és Amoxicillin széles spektrumú, gram-pozitív és gram-negatív baktériumok elleni antibiotikumokat használnak. A Staphylococcus az egyik leggyakoribb bakteriális kórokozó, amely a sebfertőzések többségéért felelős, és a kórházi fertőzések egyik fő okozójának tekinthető. A gyenge antimikrobiális szerek vagy a gyenge inváziós képességűek bakteriémia, szepszis és/vagy toxikus sokk szindróma45 kialakulásához vezethetnek. Mind a doxicillin, mind az amoxicillin jó penetrációs képessége a nanoanyagokon keresztül a seb területére megakadályozza a bakteriális fertőzés kialakulását, és segít felgyorsítani a sebgyógyulási folyamatot teljes szőrképződéssel és hegképződés nélkül.

A hisztopatológiai eredmények azt mutatták, hogy az amoxicillin és a doxicillin nanokompozitok gyors összehúzódást mutattak, ami nagyon fontos a gyors sebzáráshoz, különösen a vesztett bőrű állatok (egér, patkány) esetében. Az újraepitelizáció minden állat esetében közös szakasz volt a sebgyógyulási folyamat és a kontakt hámfelület érintkezése során46.

A nanorészecskék nagy felület-térfogat arányuknak köszönhetően fokozták a hordozóanyagok, például a gyógyszerek aktivitását. Emellett a doxiciklin és az amoxicillin antimikrobiális aktivitásának hatékonysága nő az LDH nanorétegek alkalmazásakor47. Az LDH magnézium- és alumíniumionjai egyaránt rendelkeznek antimikrobiális aktivitással, és szabadgyök-leválasztóként működnek a ROS (Reaktív oxigénfajok) számára. Az oxidatív stressz ráadásul fokozott ROS-termeléshez vezet, és a sebgyógyulásban részt vevő sejtfolyamatokat is késlelteti. Következésképpen az Mg/Al segít abban, hogy rövidebb idő alatt jó gyógyulási aktivitást érjünk el48.

A nyálkahártya gyógyulatlan sebének fő oka a gasztrointesztinális fekélyhez (GIU) vezető bakteriális fertőzés, amelyet világszerte elsősorban a Helicobacter pyloriis baktérium okoz felnőtteknél és gyermekeknél. A megfelelő antibiotikum-koncentrációval történő kezelés sikertelensége annak köszönhető, hogy a H.pyloriis a gyomor nyálkahártyája alatt él, amely a gyomorhámot támogatja5. Az antibiotikumokkal töltött nanorészecskék a gyomor-bélrendszeri fertőzések hatékony kezelését bizonyították, mivel kis méretű részecskéik hatékonyan tapadnak a gyomornyálkahártyán, és jól hatnak az ott élő baktériumokkal szemben7. Ennek alapján mind a DOX/LDH, mind az AMOX/LDH nanokompozitokkal kezelt csoportok 7 napos kezelés után szignifikáns csökkenést mutattak a fekélyindexben vagy az indukált fekély súlyosságában. A fekélyindukció csökkenése az Mg/Al-LDH nanoanyag kis méretéből adódó tökéletes tapadásának tulajdonítható, ami később lehetővé teszi az antibiotikum kontrollált felszabadulását. A gyomor-bélrendszeri védelem lehetséges mechanizmusa a fekély vagy a seb kialakulása a fekélyes szöveten keresztül, különösen a nagy mennyiségű nyálkahártyát termelő gyomorban, amely kis tömegük miatt kedvez a kis méretű részecskék tapadásának. Ezenkívül a gyomorgyulladás fokozza a nyálkatermelést, és a finom részecskék tökéletesebben tapadnak49. A gyulladás helyén az immunsejtek, például a makrofágok elnyelik a kis részecskéket, és ennek következtében megterhelik az antibiotikumokat, amelyek felszabadulnak és lokális hatást fejtenek ki50.

Ezeken kívül mind a doxiciklin, mind az amoxicillin antibiotikummal kezelt csoportban a fekélyek száma is jelentősen csökkent. Ez a csökkenés a sebek vagy fekélyek kezelésében kifejtett antibakteriális hatásuknak tulajdonítható51. Ugyanezen a talajon az Mg/Al LDH a fekélyek számának csökkenését mutatta a kontroll nem kezelt patkányokhoz képest. Ez a csökkenés vagy azt jelenti, hogy a gyomor védelmét az Mg/Al LDH által képzett védőréteg okozta, amelyet általában savcsökkentőként használtak52. Az LDH nano-hordozóval kezelt fekélybetegségek orális sav- és pepszinellenes kezelés formájában igazolták e Nanos hordozórendszer biztonságosságát és biokompatibilitását, amit a szövettani leletek is megerősítettek.

A legjobb tudomásunk szerint nem számoltak be olyan korábbi tanulmányokról, amelyek a fent említett antibiotikumok seb- vagy fekélykezelésben való hatékonyságával foglalkoztak volna, azonban több tanulmány is létezik, amelyek a lokális antibiotikum-adagolás jelentőségét mutatják a gyógyulási arányban és a fertőzések megelőzésében. Napjainkban a fekélyek vagy sebek lokális antimikrobiális terápiája a gyógyulási arány tekintetében betöltött jelentősége miatt egyre szilárdabbá vált. A gyógyulási idő a legfontosabb végpont a sebkezelésben53. Egyes kutatók 30 hét alatt 83%-os gyógyulási arányt állapítottak meg54 , míg mások arról számoltak be, hogy a vénás lábszárfekélyek 62/90 (69%) gyógyult meg 12 héten belül. Moffatt és munkatársai55 úgy találták, hogy a vénás fekélyek 70%-a 48 hetes kezelés után gyógyult; a szerzők azt is megjegyezték, hogy a gyógyulási arányra vonatkozó bizonyítékok nagy része randomizált, kontrollált vizsgálatok eredményeiből származik. Ezek a vizsgálatok jellemzően 60% feletti 24 hetes gyógyulási arányt érnek el a betegek esetében, de nem feltétlenül tükrözik a klinikai gyakorlatban felmerülő összetett problémákat. Ezeknek a vizsgálatoknak köszönhetően az antibiotikumok nanoformába történő átalakítása rövidebb időn belül fontos hatással lesz a gyógyulási arányra, mint a mi vizsgálatunkban.

A tanulmány fő gondolata a nagy penetrációs képességű és meghosszabbított felszabadulási sebességű antibiotikumok helyi alkalmazása körül forog a nanoanyagokra történő terhelés révén. Az ilyen antibiotikumok helyi alkalmazása a sebeken megakadályozza a fertőzéseket, amelyek késleltetik a gyógyulási sebességet, így a sebek és fekélyek gyógyulási folyamata rövidebb ideig tart. Következésképpen azt találtuk, hogy az antibiotikumok hozzáadása felgyorsítja a gyógyulási folyamatot, és a fertőzések megelőzésével csökkenti a gyógyulási időt.

A helyi terápia előnyei közé tartozik, hogy kis dózisú szerrel magas helyi koncentrációt lehet biztosítani, még végtagi iszkémiában szenvedő betegek esetében is, elkerülve a gyomor-bél traktusban fellépő first-pass hatást, valamint csökkentve a szisztémás mellékhatások kockázatát. A helyi formulák nagyon magas helyi koncentrációt érnek el56. Ezenkívül a mikroorganizmusok sebben való kiirtása vagy csökkentése önmagában nem elegendő végpontja a gyógyszer hatékonyságának57 , hanem elsősorban a penetrációs képességtől és annak hatásosságától is függ. Végül, semmilyen klinikai adat nem támasztja alá a helyi antibiotikum-kezelés alkalmazását a sebfertőzés kiújulásának megelőzésére. Minden nyílt sebet mikroorganizmusok kolonizálnak, amelyek általában befolyásolják a gyógyulási folyamatot. Ha azonban a kolonizáció helyi fertőzéssé alakul, amely ennek következtében szisztémássá válik, az eredmény életveszélyes lehet. Ennek megfelelően a sebellátás nemcsak a tisztítást, a sebfertőtlenítést és az alapbetegség kezelését foglalja magában, hanem intézkedéseket is tesz annak megelőzésére, hogy a kolonizált sebek valószínűleg lokálisan vagy akár szisztémásan fertőződjenek58. Kimutatták, hogy a helyi antibiotikumos kezelések szerepet játszanak a gyógyulás elősegítésében, bár az alapbetegség kezelése továbbra is kulcsfontosságú elem59. A gyógyulást késleltető helyi tényezők közé tartozik a sebfelszínen jelen lévő baktériumok száma60. Ezenkívül mind a magnézium-, mind az alumínium-hidroxid alapvetően savlekötő szerként hat a gyomorbevonaton keresztül61. Emellett az amoxicillin szerepet játszik a Helicobacter baktériumok ellen, és a doxiciklin széles spektrumú aktivitását mutatja. Mindezek a tényezők a fő okai az ilyen anyagok kiválasztásának a seb- és fekélygyógyulásban kifejtett aktivitásuk értékeléséhez.

Az antibiotikumok alkalmazása bármilyen sérülés (seb vagy fekély) esetén a gyors és rövid időn belüli gyógyulás érdekében a legfontosabb kezelés. Ez a fertőzés megelőzésével történik, amely a seb vagy fekély gyógyulásának késleltetésének fő oka. Mivel a fertőzés a rossz sebgyógyulás gyakori oka. Ennek megfelelően a baktériumok számának jelentős csökkentése fontos az akut vagy krónikus sebek kezelésében, különösen a baktériumok növekedésének gátlása az indukált vagy nyitott sebek belsejében a pH-értékek csökkentésével62. A sebfelület indukciója csökkenti a fertőzött felületek pH-értékét, és alkalmatlan környezetet hoz létre a baktériumok növekedéséhez és szaporodásához. Ezenkívül a seb pH-ja ezen felül befolyásolhatja az antibiotikumok és az antiszeptikumok hatékonyságát63. A pH módosíthatja az antibiotikum hatékonyságát; és sikerességét, potenciálisan megváltoztatva a baktériumok anyagcsereállapotát23 , lehetővé téve a baktériumok növekedését és a szerzett rezisztencia kialakulását. Például több antibiotikum és ezüst antiszeptikum hatékonysága csökken savas környezetben, ami a mi vizsgálatunkban is a kedvező közeg volt64.

Az antibiotikumok fő szerepe a sebgyógyulásban a gyógyszerrezisztens baktériumok szaporodásának gátlása és a gyógyulás elősegítése egy rágcsáló sebmodellben65. Mind az amoxicillin, mind a doxiciklin betölti ezeket a szerepeket, mivel széles spektrumú és baktériumölő antibiotikumok, amelyek segítik a baktériumok szaporodásának megakadályozását és a fekélyek és sebek rövid időn belüli gyógyulását. Így az ebben a vizsgálatban alkalmazott nanorészecskék sokkal nagyobb antibakteriális hatékonyságot mutattak a Gram-negatív és Gram-pozitív baktériumokkal szemben, mivel növelték a baktérium sejtfalába vagy membránjába való behatolási képességet. A csak a normál antibiotikumhoz képest fokozott gátló hatás a tervezett nanorészecskéknek a baktériummembrán lebontására való képességének volt köszönhető. Ezek a nanorészecskék a gyulladás és az angiogenezis szabályozásával felgyorsították a fekélyek és sebek gyógyulását. Emellett lehetővé tették a nanoszintű keverék bőrfelszívódási képességének növelését.

Az ilyen nanorészecske-hordozók többségét, mint például az LDH-t, antibakteriális tulajdonságokkal rendelkező terápiás szerek szállítására használták, és a sebgyógyító gyógyszerek nano hordozóiként is vizsgálták, a sebgyógyulás igényei alapján kiválasztva13. Ezek a nanohordozók segítik a gyógyszeradagolást, mivel elősegítik a sejtnövekedést, felgyorsítják a bőrsebgyógyulást és csökkentik a hegképződést66.

A H. pylori különösen a gyomornyálkahártya mélyén él, és a baktériumhoz való megfelelő diffúzióhoz hosszan tartó helyi gyógyszeralkalmazásra van szükség67. In vivo alkalmazva egyetlen antibiotikum sem hatékony a H. pylori kiirtásában. Az ilyen fertőző betegség kezelése peptikus fekélyekben általában hármas terápiát igényel, amely antibiotikumot, antibakteriális szereket és protonpumpa-gátlókat tartalmaz. Az egyszeri antibiotikum-terápia sikertelenségének oka lehet a gyógyszer gyenge stabilitása a gyomor savas pH-jában, az antibiotikumok rossz áteresztőképessége a nyálkahártyán keresztül, vagy az, hogy a hagyományos adagolási formában történő szájon át történő beadást követően a fertőzés helyén szubterápiás antibiotikum-koncentráció áll rendelkezésre68. Ezért az antibiotikumok nanoformában történő szintézise segíti az antibiotikumok behatolását a mély nyálkahártya rétegbe és javítja a H. pylori elleni baktericid hatékonyságot.

Az ilyen terápiás módozatok hatékonyságának javítása érdekében helyspecifikus antibiotikum hatóanyag-leadó rendszereket fejlesztettek ki a gyomor H. pylori fertőzéseinek lokális kezelésére. Néhány kísérletet tettek a gyomor savas környezetében lokalizált antibiotikum-leadó rendszerek kifejlesztésére. Ezért mi is a pH 4-et választottuk savas közegként a gyógyszerstabilitás javítása érdekében. Az amoxicillin (“-amino-hidroxi-benzilpenicillin) egy félszintetikus, szájon át felszívódó és széles spektrumú antibiotikum. Az antibiotikumot széles körben alkalmazzák a gyomor H. pylori-fertőzés standard eradikációs kezelésében, és a nanoszintézis alkalmazásával nagyobb gyógyszerpenetráció és ezáltal nagyobb baktericid hatékonyság érhető el27.

A fertőző sebek kötözésére ideális jelölteknek megfelelően nagy koncentrációjú antibiotikumot kell juttatniuk a seb helyére; utánozniuk kell a natív extracelluláris mátrix fehérjék szerkezetét és biológiai funkcióját, amelyek támogatást nyújtanak és szabályozzák a sejtek tevékenységét; fenn kell tartaniuk a sejtkompartmenten belüli normális differenciálódási állapotot; biokompatibilisnek és/vagy biológiailag lebomlónak kell lenniük; és nem szabad káros hatással lenniük a környező szövetekre69. E tényezők alapján a sebgyógyulás fő célja és elvi lépése a fertőzés megelőzése, különösen a széles spektrumú és baktericid antibiotikumok alkalmazásával, mint amilyeneket a mi vizsgálatunkban is alkalmaztunk. Emellett a széles spektrumú és baktériumölő antibiotikumok nanoanyagokra történő felvitele elősegíti, hogy a gyógyszerek nagyobb penetrációs erőt érjenek el a seb vagy az indukált fekély belsejében. Nemzetközi szinten az antibiotikum-rezisztens baktériumok és a multidrog-rezisztens baktériumok egyre nagyobb klinikai problémaként jelentkeznek; ezeket a baktériumokat a nyomásfekélyes betegek jelentős részéből származó izolátumokban, sőt közösségi környezetben is kimutatták51.

Az elért antimikrobiális hatékonyságon kívül egy másik mechanizmus, amellyel ezeket az eredményeket elértük, maga az LDH segíti az antibiotikum hatékonyságának javítását, mivel a réteges hidroxidokat egyedülálló nanohordozóknak tekintik a gyógyszerek hatékony sejtszintű szállítására. Ez a képesség az LDH-k kiváló tulajdonságainak köszönhető, különösen a kedvező ioncserélő tulajdonságaiknak köszönhetően elért egyedi felületmódosításnak. Emellett a réteges hidroxidok pozitív töltésű rétegei jelentősen javítják a gyógyszerek hatékony sejtszintű szállítását. A sejtek negatív töltésű membránja megakadályozza a negatív töltésű gyógyszerek bejutását. Az anionos gyógyszerek réteges hidroxidok rétegeibe történő beépítésével ezek a pozitív töltésű felületű gyógyszer-nanohidridek képesek megfelelően bejutni a sejtbe, és javítják a gyógyszerek celluláris szállítását51,70,71. Az LDH rétegek vagy lapok részecskeméretének növelésével az LDH sejtfelvétele csökken, de érdekes módon megfigyelték, hogy a retenciós idő mechanizmusa révén a réteges hidroxidok minden méretének sejtfelvétele 15 percen belül befejeződik72,73,74. Az LDH-k további előnyt jelentenek a negatív töltésű gyógyszerek szállításában, mivel felületükön nettó pozitív töltést hordoznak, ami megkönnyíti az adszorpciót, valamint az internalizációt a negatív töltésű biológiai membránokon keresztül anélkül, hogy további utólagos módosításra/funkcionalizálásra lenne szükség, mint más anyagok esetében. Így számos kutató különböző negatív töltésű citotoxikus gyógyszereket konjugált az LDH-k közti terekbe, és sikeresen juttatta azokat a sejtekbe kontrollált felszabadulási tulajdonságokkal75,76.

Végeredményben a jelen tanulmányban kifejlesztett doxiciklin-amoxicillin nanokompozitok (azaz az Mg/Al LDH) nagyszerű kilátásokat tartogatnak a sebek rövidebb időn belüli kezelésére (kenőcsök) és a fekélyek megelőzésére (orális adagolás). Az antimikrobiális gyógyszerek, különösen az antibiotikumok átalakítása nanoméretű gyógyszerré lehetővé teszi, hogy új tulajdonságokat, például sebgyógyító aktivitást és fekélymegelőzést szerezzenek, sokkal jobb úton, mint az alkalmazott standard gyógyszerek. Ez a képesség a fertőzések megelőzésén keresztül valósul meg a nagyobb penetrációs erő és a patogén mikroorganizmusok elleni nagy hatékonyság révén, amelyek a nyílt sebeket vagy nyálkahártya-sérüléseket fertőzik, és a fertőzések gyógyulási ütemének késedelmét és életveszélyes problémákat okoznak.