Nuovo approccio nella prevenzione dell’ulcera e trattamento di guarigione delle ferite utilizzando Doxiciclina e Amoxicillina/LDH Nanocompositi

Lo spettro FT-IR è stato studiato per stimare la struttura dei nanocompositi Mg-Al/LDH, amoxicillina/LDH e doxiciclina/LDH, come mostrato in Fig. 1(C,D). I legami chimici nel Mg-Al-NO3 LDH sono stati identificati dalla banda centrata a 622 cm-1 e attribuita alla vibrazione M-O-M20,21 . Questa banda, similmente a quella associata alla flessione M-O-H21, coinvolge il movimento traslazionale degli ioni di ossigeno metallico negli strati simili alla brucite22,23. La forte banda larga a 3441 cm-1 è legata alle vibrazioni di stretching del legame H del gruppo OH (ν O-H) negli strati simili alla brucite21. La vibrazione di flessione (δ H2O) delle molecole H2O negli interstrati20 è apparsa a 1638 cm-1. Il picco situato a 1381 cm-1 è legato alla vibrazione di stretching ν3 dei gruppi NO3 nello strato intermedio LDH.

Interessante, Fig. 1C,D mostra la presenza di importanti bande di AMOX e DOXY negli spettri dei compositi Mg-Al LDH/AMOX e Mg-Al LDH/DOXY, indicando il successo del caricamento dei farmaci nel Mg-Al LDH host24,25. Inoltre, l’intensità del picco NO3 a 1381 cm-1 è diminuita, indicando lo scambio di anioni nitrati da parte degli antibiotici24. Inoltre, alcuni picchi si sono spostati a nuovi valori; per esempio, il picco del gruppo NO3 a 1381 cm-1 si è spostato a 1375 cm-1, mentre alcuni picchi, come il picco relativo al gruppo carbonilico C=O stretching vibrazione di COO- in AMOX a 1775 cm-1, sono scomparsi per il nanocomposito Mg-Al LDH/AMOX, confermando il processo di caricamento.

La morfologia del Mg-Al/LDH è stata studiata usando immagini FESEM, che hanno supportato i risultati della XRD; dove tutti gli strati sono raggruppati in una morfologia simile a una piastra, come mostrato in Fig. 2. 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.

I diametri Z-media e potenziali di Mg-Al/LDH, doxiciclina/LDH e amoxicillina/LDH a diversi valori di pH, come determinato dalla dispersione dinamica della luce, sono elencati nella tabella 1. I diametri di doxiciclina/LDH e amoxicillina/LDH erano 723,1 e 1217,8 nm, rispettivamente, più grandi di quello di Mg-Al/LDH. Questa discrepanza potrebbe essere attribuita all’adsorbimento di amoxicillina e doxiciclina sulla superficie di LDH. I potenziali zeta ottimizzati di Mg-Al/LDH, doxiciclina/LDH e amoxicillina/LDH a diversi valori di pH sono riportati nella tabella 1. Il potenziale zeta positivo di Mg-Al/LDH a diversi valori di pH è attribuito alla natura del LDH. Il potenziale zeta è diminuito per AMOX/LDH e DOX/LDH rispetto a quello di LDH puro. Ciò riflette che AMOX e DOX erano formulazioni nanocomposite di grande successo26

I dati delle tabelle (2 e 3) presentano i risultati degli studi di tossicità acuta del nanocomposito DOX/LDH e AMOX/LDH nei topi dopo la somministrazione orale. I sintomi di tossicità sono stati osservati dopo la somministrazione di DOX/LDH e AMOX/LDH nanocompositi in malattie come tremori, respirazione rapida, schiena inarcata, convulsioni e coma seguiti dalla morte. Nei nanocompositi DOX/LDH, le probabilità di mortalità sono state trovate per iniziare a 600 mg/kg di peso corporeo rispetto a 1100 mg/kg di peso corporeo in AMOX/LDH. La LD50 è stata calcolata a 1100 e 1210 mg/kg di peso corporeo rispettivamente in DOX/LDH e AMOX/LDH e il 100% di mortalità (LD100) è stato raggiunto alla dose di 1600 e 1500 mg/kg di peso corporeo rispettivamente in entrambi i nanocompositi. Questi risultati hanno indicato l’uso sicuro di entrambi i nanocompositi DOX/LDH e AMOX/LDH negli studi farmacologici.

Abbiamo considerato valori LD50 di 1/200 e 1/30 per il nanocomposito DOX/LDH e il nanocomposito AMOX/LDH, rispettivamente, per valutare il trattamento dell’ulcera in questo studio. Gli studi tossicologici per entrambi i nanocompositi erano stati studiati nei topi e le applicazioni per le ferite e le ulcere erano state studiate nei ratti, come nel nostro studio non è stata osservata alcuna differenza significativa tra la DL50 tra i ratti e i topi. In molti studi la dose terapeutica nei ratti è quasi equivalente a quella nei topi, ma se si chiede della dose tossica varia in aspetti significativi. Se si stabilisce uno studio di tossicità acuta per stabilire una nuova e più sicura dose terapeutica usando i topi, si può certamente essere sicuri che quella dose è abbastanza sicura per il ratto. Per selezionare la dose terapeutica perfetta nei ratti rispetto ai topi è necessario regolare alcuni (ad esempio solo +/-5%) regimi di dosaggio solo in alcuni casi o non differisce. Quindi, l’aggiustamento della dose nei topi è suggerito e poi si può facilmente convertire e regolare nei ratti, che oltre a garantire un beneficio economico anche come precedentemente menzionato in altri studi27,28,29,30,31,32,33,34 (1-7).

Secondo la DL50 e con l’aumento della dose del farmaco, la tossicità è aumentata nello studio, come mostrato nelle tabelle 2 e 3. Inoltre, abbiamo scelto queste dosi all’inizio per uno studio pilota, e abbiamo calcolato la LD50 in base ai risultati ottenuti. Inoltre, abbiamo trovato la stessa dose sia per l’amoxicillina che per la doxiciclina sulla base della letteratura precedente35,36. Il dosaggio del componente attivo del farmaco (solo AMOX o DOX) è stato il seguente: amoxicillina caricato NPs o amoxicillina in polvere è stato somministrato per via orale ai ratti SD (250-300 g, sei ratti per ogni gruppo) a digiuno per 8 h ad una dose di amoxicillina di 40 mg / kg35. La dose di doxiciclina è stata selezionata in base alla LD50 e secondo uno studio precedente che ha riportato che la doxiciclina ha un pH di circa 3,3 e una dose di 5 mg/kg di peso corporeo36..

I ratti trattati con applicazione topica di DOX/LDH (G4) e AMOX/LDH (G2) nanocompositi unguento hanno mostrato un aumento significativo delle percentuali di guarigione della ferita e delle dimensioni della chiusura della ferita a 4 (p < 0.001, p < 0.00), 8 (p < 0.001, p < 0.001),12 (p < 0.001, p < 0.00) e 16 giorno (p < 0.001, p < 0.001) di somministrazione topica sull’area della ferita in DOX/LDH e AMOX/LDH rispettivamente rispetto al gruppo di controllo non trattato. Inoltre, un aumento significativo dell’attività di guarigione della ferita è stato rivelato per G3 (AMOX), G5 (DOX), G6 (standard) e G7 (Mg AL) a 4 (p < 0.5, p < 0.001, p < 0.001, p < 0.5), 8 (p < 0.001), 12 (p < 0.001) e 16 giorni (p < 0.001) di trattamento rispettivamente rispetto ai gruppi di controllo non trattati. Una variazione non significativa è stata osservata tra G3, G5, G6 e G7. Un aumento significativo del tasso di chiusura della ferita è stato mostrato in G2 e G4 rispetto agli altri gruppi diversi dal controllo G3, G5, G6 e G7 (Tabella 4), (Fig. 4) e (Grafico 1). La guarigione completa della ferita è stata raggiunta dopo 18 giorni nei nanocompositi DOX/LDH (G4) e AMOX/LDH (G2) e G6 (standard), rispetto ai 24 giorni per la chiusura completa negli altri gruppi; indicando un processo di guarigione della ferita più veloce e altamente efficiente nei nanocompositi con farmaci antimicrobici.

Le indagini istopatologiche per i campioni di pelle dei diversi trattamenti hanno rivelato che entrambi i nanocompositi AMOX/LDH e DOX/LDH hanno portato alla completa guarigione della ferita con formazione epiteliale e vascolare normale. Inoltre, la stessa attività di guarigione è apparsa in un gruppo standard ma con un’efficienza inferiore rispetto a questi due gruppi. Gli altri gruppi di AMOX, DOX, Mg/Al e i gruppi di controllo, invece, hanno mostrato una guarigione completa della ferita con congestione e rottura dell’epitelio (Fig. 5).

Somministrazione orale di Etanolo assoluto biotecnologico 98,9% a ratti a digiuno di 24 ore ha indotto un indice di ulcera più alto in un gruppo di controllo non trattato (P < 0,00) rispetto agli altri gruppi trattati. Una diminuzione significativa dell’indice di ulcera è stata osservata nei gruppi pre-trattati con DOX/LDH (p < 0.000) e AMOX/LDH (p < 0.000) con un tasso di protezione maggiore rispetto al gruppo di controllo non trattato. Un gruppo standard somministrato con Ranitidina® ha anche mostrato una diminuzione significativa (p < 0.000) nell’indice di ulcera rispetto a un gruppo di controllo. I ratti trattati con AMOX/LDH (G2) (p > 0.05), DOX/LDH (G4) (p > 0.05), AMOX (G3) (p > 0,05) e il gruppo standard (G6) (p > 0,05), d’altra parte.05), d’altra parte, ha mostrato una variazione non significativa rispetto all’altro, tuttavia ha rivelato una differenza significativa rispetto a DOX (G5) (p < 0.05) e Mg-Al (G7) (p < 0.05). Questi due gruppi G5 (p > 0.05) e G7 (p > 0.05) hanno mostrato una variazione non significativa tra di loro, ma differivano significativamente dal gruppo di controllo non trattato. La percentuale massima di protezione gastrica è stata osservata nel gruppo DOX/LDH, AMOX/LDH e standard rispetto agli altri gruppi (Tabella 5) e (Fig. 6).

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).

La rapida clearance e il metabolismo, l’instabilità nei fluidi biologici, il dosaggio elevato, gli effetti avversi sistemici e la limitazione a raggiungere il sito d’azione sono i principali svantaggi dell’uso degli antimicrobici37. Il sistema di consegna della droga usando la nanotecnologia è ora un modello molto importante per aumentare l’efficacia terapeutica dei farmaci, il targeting attivo o passivo, il rilascio controllato e l’eliminazione degli effetti avversi sistemici dei farmaci38. Per quanto ne sappiamo, anche se sia la doxiciclina che l’amoxicillina sono farmaci antimicrobici ad ampio spettro comunemente usati per il trattamento di più malattie nell’uomo e negli animali. Non sono stati condotti studi precedenti riguardanti il caricamento di tali farmaci nel nanocomposito Layered Double Hydroxide (LDH) per esplorare nuove applicazioni. Allo stesso modo, nessun dato precedente si riferiva all’attività di guarigione delle ferite o al trattamento delle ulcere dei nanocompositi DOX/LDH o AMOX/LDH. Il piano di questo studio includeva due obiettivi principali, come segue: Incorporazione di doxiciclina e amoxicillina in Mg/Al LDH sotto forma di nanocompositi antimicrobici, così come lo studio della loro capacità di guarigione delle ferite e di trattamento delle ulcere in vivo oltre allo screening della loro tossicità acuta.

L’idrossido doppio stratificato (LDH) ha dimostrato una grande importanza come un nuovo modello per il sistema di consegna dei farmaci nel ramo della farmacologia a causa della loro sicurezza e bassa tossicità38.

Nello studio di tossicità acuta, LD50 è stato usato per determinare la tossicità acuta di entrambi i nanocompositi DOX/LDH e AMOX/LDH. Nei nanocompositi DOX/LDH, i topi hanno mostrato sintomi tossici e mortalità a partire da 600 mg/kg di peso corporeo, e la mortalità massima (LD100) è stata raggiunta a 1600 mg/kg di peso corporeo. Al contrario, la mortalità dei nanocompositi AMOX/LDH è iniziata a 1000 mg/kg di peso corporeo, con la mortalità massima (LD100) raggiunta a 1500 mg/kg di peso corporeo. La LD50 di DOX/LDH era di 1100, mentre quella di AMOX/LDH era di 1210; quindi, entrambi sono stati considerati farmaci sicuri. I topi trattati con DOX/LDH o AMOX/LDH non hanno mostrato sintomi tossici o mortalità dopo il trattamento con dosaggio normale, il che indica la sicurezza d’uso dei farmaci. Farmaci o materiali con un valore LD50 di 1000 mg/kg di peso corporeo. |sono considerati sicuri o di bassa tossicità dopo la somministrazione orale39; quindi, sia DOX/LDH che AMOX/LDH sono considerati farmaci sicuri. Allo stesso modo, gli LDH a base di magnesio o alluminio sono considerati i nanomateriali più sicuri per la somministrazione di farmaci e i meno tossici rispetto ad altri tipi di LDH40. Pertanto, l’LDH è ampiamente utilizzato come portatore di nanomateriali per sistemi di rilascio di farmaci o altre sostanze, come proteine o geni41.

La nanotecnologia mostra grande appropriatezza nel migliorare i trattamenti di guarigione delle ferite. La scala nanometrica ha aperto la strada all’evoluzione di nuovi materiali per l’uso in tecnologie mediche altamente avanzate e all’efficienza di targeting ravvicinato dei nano-vettori multifunzionali. L’incorporazione di piccole molecole di farmaci in nanoparticelle o strati potrebbe modulare la loro sicurezza, biodisponibilità ed efficienza42. La farmacocinetica e la farmacodinamica dei farmaci sono notevolmente influenzate dalle dimensioni del nano trasportatore43.

La guarigione delle ferite rimane ancora un problema clinico impegnativo per il quale è necessario un trattamento e una cura efficiente delle ferite. Inoltre, la riparazione efficace delle ferite e dei tessuti è ancora una delle principali sfide sanitarie e biomediche del 21° secolo. Le ferite infette o croniche spesso portano alla perdita della vita attraverso la perdita della capacità di svolgere la funzione desiderata e l’aumento della gravità del dolore, oltre ad essere un carico sulle risorse del sistema sanitario1, quindi la ricerca di metodi o farmaci che possono aiutare ad accelerare il processo di guarigione delle ferite e accorciare il periodo di recupero completo delle ferite rivelerebbe una terapia di grande importanza. La percentuale di attività di guarigione e la dimensione della chiusura della ferita per 22 giorni sono stati usati come marker per l’attività di guarigione della ferita oltre ai risultati istopatologici. Dopo l’applicazione topica, i nanocompositi DOX/LDH hanno mostrato un processo di guarigione della ferita rapido e completo in un tempo più breve, come i nanocompositi AMOX/LDH, e meglio dei farmaci liberi da soli e del gruppo non trattato. Allo stesso modo, DOX, AMOX, LDH (Mg/Al) e il gruppo standard hanno mostrato una buona attività di guarigione, ma in tempi più lunghi rispetto all’unguento dei nanocompositi DOX/LDH e AMOX/LDH. La buona attività di guarigione dei nanocompositi DOX/LDH e AMOX/LDH può essere attribuita al buon potere di penetrazione nella ferita del nanomateriale che trasporta gli agenti antimicrobici. La causa principale delle ferite non guarite sono le infezioni batteriche44, quindi Doxiciclina e Amoxicillina, antibiotici ad ampio spettro contro i batteri gram-positivi e gram-negativi, sono usati per il caricamento sul nanomateriale LDH. Lo stafilococco è uno degli agenti patogeni batterici più comuni, responsabile della maggior parte delle infezioni delle ferite ed è considerato una delle cause principali delle infezioni contratte in ospedale. Gli agenti antimicrobici deboli o con scarsa capacità di invasione possono portare a batteriemia, sepsi e/o sindrome da shock tossico45. Il buon potere di penetrazione sia della Doxiciclina che dell’Amoxicillina nell’area della ferita attraverso i nano materiali impedisce il verificarsi di qualsiasi infezione batterica e aiuta ad accelerare il processo di recupero della ferita con la formazione completa del pelo e senza la presenza di croste.

I risultati istopatologici hanno indicato che i nanocompositi di Amoxicillina e Doxiciclina hanno mostrato una rapida contrazione, che è molto importante per una rapida chiusura della ferita, soprattutto per gli animali con pelli smarrite (topo, ratto). La riepitelizzazione era una fase comune a tutti gli animali durante il processo di guarigione della ferita e la superficie epiteliale di contatto46.

Le nanoparticelle hanno migliorato l’attività dei materiali portanti come i farmaci grazie al loro grande rapporto superficie-volume. Inoltre, l’efficacia dell’attività antimicrobica della doxiciclina e dell’amoxicillina aumenta quando si usano i nano strati LDH47. Sia gli ioni di magnesio che quelli di alluminio di LDH hanno attività antimicrobica e agiscono come spazzini di radicali liberi per i ROS (Reactive Oxygen Species). Lo stress ossidativo, inoltre, porta a un aumento della produzione di ROS e posticipa anche i processi cellulari coinvolti nella guarigione delle ferite. Di conseguenza, Mg/Al aiuta a ottenere una buona attività di guarigione in un tempo più breve48.

La ragione principale della ferita non guarita della mucosa è l’infezione batterica che porta all’ulcera gastrointestinale (GIU), che è causata principalmente dal batterio Helicobacter pyloriis negli adulti e nei bambini di tutto il mondo. Il fallimento del trattamento con sufficiente concentrazione di antibiotici è dovuto al fatto che H.pyloriis vive sotto il rivestimento mucoso gastrico che supporta l’epitelio gastrico5. Nanoparticelle caricate con antibiotici avevano mostrato un trattamento efficace di infezioni gastrointestinali come loro particelle di piccole dimensioni aderiscono in modo efficiente sulla mucosa gastrica e agire bene contro i batteri che vivono lì7. Su questa base, entrambi i gruppi trattati con DOX/LDH e AMOX/LDH nanocompositi hanno mostrato una significativa diminuzione dell’indice di ulcera o della gravità dell’ulcera indotta dopo 7 giorni di trattamento. La diminuzione dell’induzione dell’ulcera potrebbe essere attribuita alla perfetta adesione del nanomateriale Mg/Al-LDH dovuta alla loro piccola dimensione che permette poi il rilascio controllato dell’antibiotico. Il possibile meccanismo di protezione gastrointestinale forma ulcera o ferita attraverso il tessuto ulcerato soprattutto negli stomaci che producono grandi quantità di muco che favorisce l’adesione di particelle di piccole dimensioni a causa della loro piccola massa. Inoltre, l’infiammazione gastrica aumenta la produzione di muco e le particelle fini aderiscono più perfettamente49. Nel sito dell’infiammazione, le cellule immunitarie, come i macrofagi, fagocitano le piccole particelle e di conseguenza caricano gli antibiotici che rilasciano e producono effetti localizzati50.

Inoltre, entrambi i gruppi trattati con Doxiciclina e antibiotici Amoxicillina hanno anche mostrato una diminuzione significativa del numero di ulcere. Questa diminuzione potrebbe essere attribuita alla loro attività antibatterica nel trattamento di ferite o ulcere51. Sullo stesso terreno, Mg/Al LDH ha mostrato una diminuzione del numero di ulcere rispetto ai ratti di controllo non trattati. Questa diminuzione o che la protezione gastrica è stata causata dallo strato protettivo formato dal Mg/Al LDH che è stato comunemente usato come un anti-acido52. Le malattie dell’ulcera trattate con LDH Nano-carrier sotto forma di anti-acido orale e anti-pepsina hanno confermato la sicurezza e la biocompatibilità di questo sistema di consegna Nanos, che è anche confermato dai risultati istopatologici.

Al meglio della nostra conoscenza, non sono stati riportati studi precedenti che trattano l’efficacia degli antibiotici menzionati qui sopra per il trattamento di ferite o ulcere, tuttavia esistono molteplici studi che mostrano l’importanza della somministrazione di antibiotici topici nel tasso di guarigione e prevenzione delle infezioni. Al giorno d’oggi la terapia antimicrobica topica per le ulcere o le ferite si è affermata più saldamente a causa della sua importanza per quanto riguarda il tasso di guarigione. Il tempo di guarigione è l’endpoint più importante nella gestione delle ferite53. Alcuni ricercatori hanno rilevato un tasso di guarigione dell’83% in 30 settimane54 , mentre altri hanno riferito che 62/90 (69%) delle ulcere venose delle gambe erano guarite entro 12 settimane. Moffatt et al.55 hanno scoperto che il 70% delle ulcere venose è guarito dopo 48 settimane di trattamento; gli autori hanno anche notato che molte delle prove sui tassi di guarigione sono tratte dai risultati di studi controllati randomizzati. Questi studi tipicamente raggiungono tassi di guarigione a 24 settimane superiori al 60% per i pazienti, ma possono non riflettere le complesse questioni affrontate nella pratica clinica. A causa di questi studi, la conversione degli antibiotici nella forma nano avrà un effetto importante sul tasso di guarigione in un tempo più breve, come nel nostro studio.

L’idea principale di questo studio ruota intorno all’applicazione topica di antibiotici con alto potere di penetrazione e tasso di rilascio prolungato attraverso il caricamento su nanomateriali. L’applicazione topica di tali antibiotici sulle ferite previene le infezioni che ritardano il tasso di guarigione, in modo che il processo di guarigione delle ferite e delle ulcere richieda un tempo più breve. Di conseguenza, abbiamo scoperto che l’aggiunta di antibiotici accelera il processo di guarigione e riduce il tempo di guarigione attraverso la prevenzione delle infezioni.

I vantaggi della terapia topica includono la capacità di fornire un’alta concentrazione locale con piccole dosi di agente, anche in pazienti con ischemia degli arti, per evitare l’effetto di primo passaggio nel tratto gastrointestinale, oltre a ridurre i rischi di effetti collaterali sistemici. Le formulazioni topiche raggiungono concentrazioni locali molto elevate56. Inoltre, l’eradicazione o la riduzione dei microrganismi nella ferita da sola non è un endpoint sufficiente per l’efficacia del farmaco57 , ma dipende principalmente dal suo potere di penetrazione e dalla sua efficacia. Infine, nessun dato clinico supporta l’uso del trattamento antibiotico topico per la prevenzione delle recidive delle infezioni della ferita. Tutte le ferite aperte sono colonizzate da microrganismi, che generalmente influenzano il processo di guarigione. Tuttavia, se la colonizzazione si sviluppa in un’infezione locale, che di conseguenza diventa sistemica, il risultato può essere pericoloso per la vita. Di conseguenza, la cura delle ferite non comprende solo la pulizia, lo sbrigliamento e la gestione dell’eziologia sottostante, ma anche misure per prevenire la probabilità che le ferite colonizzate diventino localmente, o addirittura sistemicamente, infette58. È stato dimostrato che i trattamenti antibiotici locali hanno un ruolo nel promuovere la guarigione, anche se il trattamento dell’eziologia sottostante rimane un elemento cruciale59. I fattori locali che possono ritardare la guarigione includono il numero di batteri presenti sulla superficie della ferita60. Inoltre, sia il magnesio che l’idrossido di alluminio agiscono essenzialmente come agenti antiacidi attraverso il rivestimento gastrico61. Inoltre, l’amoxicillina svolge un ruolo contro i batteri Helicobacter e presenta l’attività ad ampio spettro della doxiciclina. Tutti questi fattori sono le ragioni principali per selezionare tali materiali per valutare la loro attività nella guarigione di ferite e ulcere.

L’uso di antibiotici con qualsiasi ferita (ferita o ulcera) è il trattamento principale per una rapida guarigione in un tempo più breve. Questo viene fatto attraverso la prevenzione delle infezioni che sono la causa principale del ritardo della guarigione della ferita o dell’ulcera. Poiché l’infezione è una ragione comune per la cattiva guarigione della ferita. Di conseguenza, una riduzione significativa del numero di batteri è importante per la gestione delle ferite acute o croniche, specialmente la crescita batterica inibita all’interno delle ferite indotte o aperte abbassando i valori del pH62. L’induzione della superficie della ferita abbassa il pH delle superfici infette e stabilisce un ambiente inadatto alla crescita e alla moltiplicazione dei batteri. Inoltre, il pH di una ferita può influenzare l’efficacia degli antibiotici e degli antisettici63. Il pH può modulare l’efficacia e il successo della prestazione antibiotica potenzialmente alterando lo stato metabolico dei batteri23, permettendo la crescita batterica e la resistenza acquisita. Per esempio, l’efficacia di più antibiotici e antisettici all’argento è ridotta in ambienti acidi, che è anche il supporto favorevole nel nostro studio64.

Il ruolo principale degli antibiotici nella guarigione delle ferite è inibire la crescita di batteri resistenti ai farmaci e promuovere la guarigione in un modello di ferita di roditore65. Sia l’amoxicillina che la doxiciclina soddisfano questi ruoli come antibiotici ad ampio spettro e battericidi che aiutano a prevenire la crescita batterica e aiutano le ulcere e le ferite a guarire in un breve periodo. Così, le nanoparticelle implementate in questo studio hanno esibito una potenza antibatterica molto più elevata contro i batteri Gram-negativi e Gram-positivi, poiché hanno aumentato il potere di penetrazione nella parete cellulare o nella membrana batterica. Il maggiore effetto inibitorio rispetto a quello del normale antibiotico da solo era dovuto alla capacità delle nanoparticelle progettate di disintegrare la membrana batterica. Queste nanoparticelle hanno accelerato la guarigione di ulcere e ferite regolando l’infiammazione e l’angiogenesi. Inoltre, hanno permesso un aumento dell’assorbibilità cutanea della miscela in nanoscala.

La maggior parte di questi vettori nanoparticellari, come LDH, sono stati utilizzati per la consegna di agenti terapeutici con proprietà antibatteriche, e sono stati esplorati come nano vettori di farmaci per la guarigione delle ferite, scelti in base alle esigenze della ferita13. Questi nano-vettori aiutano la consegna dei farmaci, in quanto promuovono la crescita delle cellule, accelerano la guarigione delle ferite cutanee e riducono la formazione delle cicatrici66.

In particolare, H. pylori vive in profondità nel muco gastrico, e l’applicazione locale prolungata del farmaco è necessaria per una diffusione sufficiente ai batteri67. Nessun singolo antibiotico è efficace nell’eradicazione dell’H. pylori quando viene somministrato in vivo. Il trattamento di tale malattia infettiva nell’ulcera peptica richiede di solito una triplice terapia che include antibiotico, antibatterico e inibitori della pompa protonica. Il fallimento di una singola terapia antibiotica potrebbe essere dovuto alla scarsa stabilità del farmaco nel pH acido dello stomaco, alla scarsa permeabilità degli antibiotici attraverso lo strato di muco, o alla disponibilità di concentrazioni di antibiotici sub-terapeutici nel sito di infezione dopo la somministrazione orale in una forma di dosaggio convenzionale68. Pertanto, la sintesi di antibiotici in forma nano aiuta gli antibiotici a penetrare nello strato mucoso profondo e migliora l’efficacia battericida contro H. pylori.

Per migliorare l’efficienza di tali modalità terapeutiche, sono stati sviluppati sistemi di rilascio di farmaci antibiotici sito-specifici per il trattamento localizzato delle infezioni da H. pylori dello stomaco. Alcuni tentativi sono stati fatti per sviluppare sistemi di rilascio di antibiotici localizzati nell’ambiente acido dello stomaco. Per questo motivo, abbiamo scelto anche il pH 4 come mezzo acido per migliorare la stabilità del farmaco. L’amoxicillina (“-amino-idrossi-benzil penicillina) è un antibiotico semi-sintetico, assorbito per via orale e ad ampio spettro. L’antibiotico è ampiamente utilizzato nel trattamento standard di eradicazione dell’infezione gastrica da H. pylori, e l’uso della nanosintesi aiuterà a ottenere una maggiore penetrazione del farmaco e quindi una maggiore efficienza battericida27.

I candidati ideali per la medicazione delle ferite infettive dovrebbero fornire sufficientemente alte concentrazioni di antibiotici al sito della ferita; imitare la struttura e la funzione biologica delle proteine native della matrice extracellulare, che forniscono supporto e regolano le attività cellulari; mantenere il normale stato di differenziazione all’interno del comparto cellulare; essere biocompatibili e/o biodegradabili; e non avere effetti negativi sul tessuto circostante69. Sulla base di questi fattori, l’obiettivo principale e il passo principale per la guarigione delle ferite è quello di prevenire le infezioni attraverso l’uso di antibiotici ad ampio spettro e battericidi in particolare, come quelli impiegati nel nostro studio di ricerca. Inoltre, il caricamento di antibiotici ad ampio spettro e battericidi su nanomateriali aiuta i farmaci a raggiungere un maggiore potere di penetrazione all’interno della ferita o dell’ulcera indotta. A livello internazionale, i batteri resistenti agli antibiotici e i batteri multiresistenti stanno aumentando come problema clinico; questi batteri sono stati trovati in isolati da una percentuale sostanziale di pazienti con ulcere da pressione e anche in contesti comunitari51.

Un altro meccanismo con cui sono stati ottenuti questi risultati, oltre all’efficacia antimicrobica raggiunta, è attraverso la LDH stessa, che aiuta a migliorare l’efficacia antibiotica, poiché gli idrossidi stratificati sono stati considerati nano-caricatori unici per la consegna cellulare efficiente di farmaci. Questa capacità è dovuta alle eccellenti caratteristiche degli LDH, in particolare la modifica della superficie unica ottenuta grazie alle loro favorevoli proprietà di scambio ionico. Inoltre, gli strati caricati positivamente degli idrossidi stratificati migliorano significativamente l’efficiente consegna cellulare dei farmaci. La membrana caricata negativamente delle cellule impedisce ai farmaci con una carica negativa di entrare. Incorporando farmaci anionici negli strati di idrossidi stratificati, questi nanoibridi di farmaci con superfici caricate positivamente sono in grado di entrare correttamente nella cellula e migliorare la consegna cellulare dei farmaci51,70,71. Aumentando la dimensione delle particelle degli strati o dei fogli di LDH, l’assorbimento cellulare di LDH è diminuito, ma è interessante notare che l’assorbimento cellulare di tutte le dimensioni degli idrossidi stratificati è completato entro 15 minuti attraverso il meccanismo del tempo di ritenzione72,73,74. LDHs hanno un vantaggio aggiunto nella consegna di farmaci caricati negativamente perché portano una carica positiva netta sulla loro superficie che facilita l’adsorbimento e l’internalizzazione attraverso le membrane biologiche caricate negativamente senza la necessità di qualsiasi ulteriore post-modifica/funzionalizzazione, come nel caso di altri materiali. Così, molti ricercatori hanno coniugato una varietà di farmaci citotossici caricati negativamente negli interspazi di LDHs e consegnato con successo nelle cellule con proprietà di rilascio controllato75,76.

In conclusione, la doxiciclina-amoxicillina nanocompositi sviluppati in questo studio (cioè, Mg / Al LDH) tenere grandi prospettive per il trattamento delle ferite (unguenti) in un tempo più breve e per la prevenzione delle ulcere (dosaggio orale). La conversione dei farmaci antimicrobici, in particolare degli antibiotici, in farmaci su scala nanometrica permette loro di acquisire nuove proprietà, come l’attività di guarigione delle ferite e la prevenzione delle ulcere, attraverso un percorso molto migliore di quello dei farmaci standard utilizzati. Questa capacità si realizza attraverso la prevenzione delle infezioni attraverso un potere di penetrazione più elevato e un’elevata efficacia contro i microrganismi patogeni che infettano le ferite aperte o le lesioni delle mucose e causano ritardi nei tassi di guarigione delle infezioni e problemi pericolosi per la vita.