New Approach in Ulcer Prevention and Wound Healing Treatment using Doxycycline and Amoxicillin/LDH Nanocomposites

Figuur 1A toont de XRD patronen van LDH, doxycycline en doxycycline/LDH. De XRD resultaten bevestigen de structuur van de LDH ten opzichte van ICDD kaart nr (00-048-0601) 18. De gemiddelde kristallietgrootte (L) werd berekend met behulp van de Debye-Scherer formule, L = kλ/Bcosθ, waarbij k de vormfactor, B de spectrale lijnbreedte bij de helft van de maximale intensiteit, λ de röntgengolflengte en θ de Bragg-diffractiehoek. De Mg-Al LDHs werden geïndexeerd een rhombohedrale kristalstructuur met een ruimte groep van R-3m en eenheidscel parameters a = b = 3,04 Å en c = 23,5 Å. De basisvlakken (003) en (006) en de verbreding van de (015) en (018) vlakken bevestigde de gelaagde structuur van de LDHs. De kristallietgrootte was 16,441 nm. Alle pieken van doxycycline / LDH zijn vergelijkbaar met die van het diffractiepatroon van de LDH’s, de bevestiging van de stabiliteit van de structuur na het laden. Figuur 1B blijkt dat alle patronen de vorming van een goed gekristalliseerde hydrotalciet-achtige fase van amoxicilline-LDH wijzen. Interessant is dat de basale tussenruimten in het geval van DOX/LDH en AMOX/LDH respectievelijk 0,112 en 0,419 Å bedroegen, na belasting met DOX en AMOX. Deze resultaten suggereren dat de verandering in de d-afstand zeer klein was; wat aangeeft dat DOX of AMOX minder effectief doordringt in de Mg-Al/LDH tussenlaag19. Daarom is de verandering in het XRD-patroon levert indirect bewijs dat de drugs werden geadsorbeerd op het oppervlak van de positieve LDH. Geen materiaal is verontreinigd door atmosferische CO2, die ook werd bevestigd door de EDAX.

Het FT-IR spectrum werd onderzocht om de structuur van de Mg-Al/LDH, amoxicilline/LDH en doxycycline/LDH nanocomposieten in te schatten, zoals weergegeven in Fig. 1(C,D). De chemische bindingen in de Mg-Al-NO3 LDH werden geïdentificeerd door de band gecentreerd op 622 cm-1 en toegeschreven aan M-O-M trillingen20,21. Deze band, vergelijkbaar met die geassocieerd met M-O-H verbuiging 21, gaat de translationele beweging van zuurstof metaalionen in bruciet-achtige lagen 22,23. De sterke brede band bij 3441 cm-1 houdt verband met de strekvibraties van de H-bond van de OH-groep (ν O-H) in brucietachtige lagen21. De buigtrilling (δ H2O) van H2O-moleculen in de tussenlagen20 verscheen bij 1638 cm-1. De piek gelegen bij 1381 cm-1 is gerelateerd aan de ν3 strekken trilling van de NO3 groepen in de LDH tussenlaag.

Interessant, Fig. 1C,D toont de aanwezigheid van belangrijke banden van AMOX en DOXY in de spectra van Mg-Al LDH/AMOX en Mg-Al LDH/DOXY composieten, wat wijst op de succesvolle laden van geneesmiddelen in de Mg-Al LDH host24,25. Bovendien is de intensiteit van de NO3 piek op 1381 cm-1 afgenomen, wat wijst op de uitwisseling van nitraatanionen door de antibiotica 24. Bovendien zijn sommige pieken verschoven naar nieuwe waarden, bijvoorbeeld de NO3 groep piek op 1381 cm-1 verschoven naar 1375 cm-1, terwijl sommige pieken, zoals de piek gerelateerd aan de carbonylgroep C = O strekvibratie van CO O in AMOX op 1775 cm-1, verdwenen voor de Mg-Al LDH / AMOX nanocomposiet, ter bevestiging van het laadproces.

De morfologie van de Mg-Al/LDH werd onderzocht met behulp van FESEM beelden, die de resultaten van de XRD ondersteund, waar alle lagen zijn geclusterd in een plaat-achtige morfologie, zoals getoond 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.

De Z-gemiddelde diameters en potentiëlen van Mg-Al/LDH, doxycycline/LDH en amoxicilline/LDH bij verschillende pH-waarden, zoals bepaald door dynamische lichtverstrooiing, zijn vermeld in tabel 1. De diameters van doxycycline/LDH en amoxicilline/LDH waren respectievelijk 723,1 en 1217,8 nm groter dan die van Mg-Al/LDH. Deze discrepantie kan worden toegeschreven aan de adsorptie van amoxicilline en doxycycline op het oppervlak van LDH. De geoptimaliseerde zeta-potentialen van Mg-Al/LDH, doxycycline/LDH en amoxicilline/LDH bij verschillende pH-waarden worden weergegeven in tabel 1. De positieve zeta-potentiaal van Mg-Al/LDH bij verschillende pH-waarden wordt toegeschreven aan de aard van het LDH. De zeta-potentiaal daalde voor AMOX/LDH en DOX/LDH in vergelijking met die van zuiver LDH. Hieruit bleek dat AMOX en DOX zeer succesvolle nanocomposietformuleringen waren26

De gegevens in de tabellen (2 en 3) geven de resultaten weer van het onderzoek naar de acute toxiciteit van DOX/LDH en AMOX/LDH nanocomposiet bij muizen na orale toediening. Na toediening van DOX/LDH en AMOX/LDH nanocomposieten werden toxiciteitssymptomen waargenomen zoals trillen, snelle ademhaling, gewelfde rug, stuiptrekkingen en coma gevolgd door de dood. Bij DOX/LDH-nanocomposieten bleek de mortaliteit te beginnen bij 600 mg/kg lichaamsgewicht in vergelijking met 1100 mg/kg lichaamsgewicht bij AMOX/LDH. De LD50 werd berekend op 1100 en 1210 mg / kg b.w. in DOX / LDH en AMOX / LDH respectievelijk en 100% sterfte (LD100) werd bereikt bij een dosis van 1600 en 1500 mg / b.w. in beide Nanocomposieten respectievelijk. Deze resultaten duidden op het veilige gebruik van zowel DOX/LDH als AMOX/LDH Nanocomposieten in farmacologische studies.

We gingen uit van LD50-waarden van 1/200 en 1/30 voor respectievelijk het DOX/LDH-nanocomposiet en het AMOX/LDH-nanocomposiet om de behandeling van de zweren in deze studie te evalueren. Toxicologische studies voor beide nanocomposieten waren onderzocht bij muizen en de wond- en zweertoepassingen waren onderzocht bij ratten zoals in onze studie geen significant verschil waargenomen tussen de LD50 tussen de ratten en muizen. In veel studies is de therapeutische dosis bij ratten bijna gelijk aan die bij muizen, maar als je vraagt naar de toxische dosis, verschilt deze op belangrijke punten. Als u een acuut toxiciteitsonderzoek uitvoert om een nieuwe en veiligste therapeutische dosis vast te stellen met muizen, kunt u er zeker van zijn dat die dosis veilig genoeg is voor ratten. Voor het selecteren van de perfecte therapeutische dosis bij ratten in vergelijking met muizen moet je een paar (bijvoorbeeld slechts +/-5%) doseringsschema slechts in sommige gevallen of niet verschilt. Dus, dosisaanpassing bij muizen wordt voorgesteld en dan kun je het gemakkelijk omzetten en aanpassen bij ratten, wat ook economisch voordeel oplevert zoals eerder vermeld in andere studies27,28,29,30,31,32,33,34 (1-7).

Volgens de LD50 en met toenemende dosis geneesmiddel, nam de toxiciteit toe in de studie, zoals blijkt uit de tabellen 2 en 3. Bovendien kozen wij deze doses in eerste instantie voor een proefstudie en berekenden wij de LD50 op basis van de verkregen resultaten. Bovendien vonden wij dezelfde dosis voor zowel amoxicilline als doxycycline op basis van in eerdere literatuur35,36. De dosering van de actieve component van het geneesmiddel (alleen AMOX of DOX) was als volgt: amoxicilline-geladen NP’s of amoxicillinepoeder werd oraal toegediend aan de SD-ratten (250-300 g, zes ratten voor elke groep) nuchter gedurende 8 uur met een amoxicillinedosis van 40 mg/kg35. De doxycycline-dosis werd gekozen op basis van de LD50 en volgens een eerdere studie die meldde dat doxycycline een pH heeft van ongeveer 3,3 en een dosis van 5 mg/kg lichaamsgewicht.36

Ratten die werden behandeld met een topische applicatie van DOX/LDH (G4) en AMOX/LDH (G2) nanocomposietenzalf vertoonden een significante toename in de wondgenezingspercentages en in de wondsluitingsgrootte op 4 (p < 0.001, p < 0,00), 8 (p < 0.001, p < 0,001),12 (p < 0,001, p < 0,00) en 16 dag (p < 0,001, p < 0,00).001, p < 0,001) van topische toediening op het wondgebied bij respectievelijk DOX/LDH en AMOX/LDH in vergelijking met de niet-behandelde controlegroep. Bovendien werd een significante toename van de wondgenezingsactiviteit aangetoond voor G3 (AMOX), G5 (DOX), G6 (standaard) en G7 (Mg AL) bij 4 (p < 0,5, p < 0,001, p < 0,001, p < 0,001, p < 0,001, p < 0,001.001, p < 0.5), 8 (p < 0.001), 12 (p < 0.001) en 16 dagen (p < 0.001) van behandeling respectievelijk in vergelijking met de onbehandelde controlegroepen. Er werd een niet-significante variatie waargenomen tussen G3, G5, G6 en G7. Een significante toename van de wondsluiting werd aangetoond bij G2 en G4 in vergelijking met andere groepen dan de controlegroepen G3, G5, G6 en G7 (tabel 4), (afb. 4) en (grafiek 1). Volledige wondgenezing werd bereikt na 18 dagen in DOX/LDH (G4) en AMOX/LDH (G2) nanocomposieten en G6 (standaard), vergeleken met 24 dagen voor volledige sluiting in andere groepen; wat duidt op een sneller zeer efficiënt wondgenezingsproces in de nanocomposieten met antimicrobiële geneesmiddelen.

Histopathologisch onderzoek van de huidspecimens van de verschillende behandelingen toonde aan dat zowel AMOX/LDH als DOX/LDH nanocomposieten leidden tot volledige wondgenezing met normale epitheliale vorming en vasculatuur. Bovendien bleek dezelfde genezingsactiviteit in een standaardgroep, maar met een lagere efficiëntie dan deze twee groepen. Andere groepen van AMOX, DOX, Mg/Al en controlegroepen daarentegen vertoonden volledige wondgenezing met congestie en epitheliale breuk (Fig. 5).

Orale toediening van biotechnologisch Absoluut Ethanol 98,9% aan 24-uurs nuchtere ratten induceerde een hogere ulcusindex in een niet-behandelde controlegroep (P < 0,00) in vergelijking met andere behandelde groepen. Significante daling van de ulcusindex werd waargenomen in groepen voorbehandeld met DOX/LDH (p < 0.000) en AMOX/LDH (p < 0.000) met een hogere beschermingsgraad in vergelijking met een controle onbehandelde groep. Een standaardgroep toegediend met Ranitidine® vertoonde ook een significante afname (p < 0.000) in de ulcusindex vergeleken met een controlegroep. Ratten behandeld met AMOX/LDH (G2) (p > 0.05), DOX/LDH (G4) (p > 0.05), AMOX (G3) (p > 0.05) en standaardgroep (G6) (p > 0.05), daarentegen, vertoonden geen significante variatie in vergelijking met elkaar, maar het onthulde significant verschil in vergelijking met DOX (G5) (p < 0.05) en Mg-Al (G7) (p < 0.05). Deze twee groepen G5 (p > 0.05) en G7 (p > 0.05) vertoonden onderling geen significante variatie maar verschilden significant van de onbehandelde controlegroep. Het maximale percentage van maagbescherming werd waargenomen in de DOX/LDH, AMOX/LDH en standaard groep in vergelijking met andere groepen (Tabel 5) en (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).

Snelle klaring en metabolisme, instabiliteit in de biologische vloeistoffen, hoge dosering, systemische bijwerkingen en beperking om de plaats van actie te bereiken zijn de belangrijkste nadelen voor het gebruik van antimicrobiële middelen37. Systemen voor de toediening van geneesmiddelen met behulp van nanotechnologie zijn nu een zeer belangrijk model voor de verhoging van de therapeutische werkzaamheid van geneesmiddelen, actieve of passieve targeting, gecontroleerde afgifte en eliminatie van de systemische bijwerkingen van geneesmiddelen38. Voor zover wij weten worden doxycycline en amoxicilline beide algemeen gebruikt als breedspectrum anti-microbiële geneesmiddelen voor de behandeling van verschillende ziekten bij mens en dier. Geen eerdere studies werden uitgevoerd met betrekking tot het laden van dergelijke geneesmiddelen in Layered Double Hydroxide (LDH) nanocomposiet voor het verkennen van nieuwe toepassingen. Evenzo geen eerdere gegevens verwezen naar wondgenezing activiteit of zweer behandeling van DOX / LDH of AMOX / LDH Nanocomposieten. Het plan van deze studie omvatte twee hoofddoelen, als volgt: Incorporatie van doxycycline en amoxicilline in Mg/Al LDH in de vorm van antimicrobiële nanocomposieten, alsmede het onderzoeken van hun vermogen voor wondgenezing en ulcusbehandeling in vivo naast het screenen van hun acute toxiciteit.

Gelaagde dubbele hydroxide (LDH) toonde een grote betekenis als een nieuw model voor drug delivery systeem in de tak van de farmacologie vanwege hun veiligheid en lage toxiciteit38.

In de acute toxiciteit studie, LD50 werd gebruikt om de acute toxiciteit van zowel DOX / LDH en AMOX / LDH nanocomposieten te bepalen. Bij DOX/LDH-nanocomposieten vertoonden muizen toxische symptomen en sterfte vanaf 600 mg/kg lichaamsgewicht, en de maximale sterfte (LD100) werd bereikt bij 1600 mg/kg lichaamsgewicht. Daarentegen begon de mortaliteit van AMOX/LDH nanocomposieten bij 1000 mg/kg lichaamsgewicht en werd de maximale mortaliteit (LD100) bereikt bij 1500 mg/kg lichaamsgewicht. De LD50 van DOX/LDH was 1100, terwijl die van AMOX/LDH 1210 was; beide werden dus als veilige geneesmiddelen beschouwd. Muizen behandeld met DOX/LDH of AMOX/LDH vertoonden geen toxische symptomen of sterfte na behandeling met normale dosering, hetgeen wijst op de veiligheid van de geneesmiddelen voor gebruik. Geneesmiddelen of materialen met een LD50-waarde van 1000 mg/kg lichaamsgewicht |worden beschouwd als veilig of met een lage toxiciteit na orale toediening39 ; derhalve worden zowel DOX/LDH als AMOX/LDH beschouwd als veilige geneesmiddelen. Evenzo LDH’s op basis van magnesium of aluminium worden beschouwd als de veiligste nanomaterialen voor de levering van geneesmiddelen en de minst toxische in vergelijking met andere LDH types40. Daarom wordt LDH op grote schaal gebruikt als een nanomateriaal drager voor medicijnafgiftesystemen of andere stoffen, zoals eiwitten of genen41.

Nanotechnologie toont grote geschiktheid in het verbeteren van wondgenezing behandelingen. De nanoschaal heeft de weg geopend voor de evolutie van nieuwe materialen voor gebruik in zeer geavanceerde medische technologieën en een heropleving van de doelgerichtheid van de multifunctionele nanodragers. De incorporatie van kleine moleculen van geneesmiddelen in nanodeeltjes of -lagen zou hun veiligheid, biologische beschikbaarheid en efficiëntie kunnen moduleren42. De farmacokinetiek en farmacodynamiek van geneesmiddelen worden sterk beïnvloed door de Nano drager grootte43.

Wondgenezing blijft nog steeds een uitdagend klinisch probleem waarvoor een efficiënte wondbehandeling en verzorging noodzakelijk is. Bovendien is het effectief herstellen van wonden en weefsels nog steeds een belangrijke uitdaging voor de gezondheidszorg en de biomedische wetenschap in de 21e eeuw. Geïnfecteerde of chronische wonden leiden vaak tot verlies van leven door het verlies van het vermogen om de gewenste functie uit te oefenen en de toegenomen ernst van de pijn, naast het feit dat ze een belasting vormen voor de middelen van de gezondheidszorg1, zodat het zoeken naar methoden of geneesmiddelen die kunnen helpen bij het versnellen van het wondgenezingsproces en het verkorten van de periode van volledig herstel van de wond een therapie van groot belang zou onthullen. Naast de histopathologische bevindingen werden het percentage van de genezingsactiviteit en de grootte van de wondsluiting gedurende 22 dagen gebruikt als een marker voor de wondgenezingsactiviteit. Na topische toepassing vertoonden DOX/LDH nanocomposieten een snel en volledig wondgenezingsproces in een kortere tijd, net als AMOX/LDH nanocomposieten, en beter dan vrije geneesmiddelen alleen en niet behandelde groep. Op dezelfde manier vertoonden DOX, AMOX, LDH (Mg/Al) en de standaardgroep een goede genezingsactiviteit, maar in langere perioden dan DOX/LDH en AMOX/LDH nanocomposieten zalf. De goede genezingsactiviteit van DOX/LDH en AMOX/LDH nanocomposieten kan worden toegeschreven aan het goede wondpenetratievermogen van het nanomateriaal dat de antimicrobiële stoffen bevat. De belangrijkste oorzaak van niet geheelde wonden zijn bacteriële infecties44 , zodat Doxycycline en Amoxicilline breed-spectrum antibiotica tegen grampositieve en gramnegatieve bacteriën worden gebruikt voor het laden op LDH nanomateriaal. Stafylokokken zijn een van de meest voorkomende bacteriële pathogenen die verantwoordelijk zijn voor de meeste wondinfecties en worden beschouwd als een van de belangrijkste oorzaken van in het ziekenhuis opgelopen infecties. Zwakke antimicrobiële middelen of middelen met een slecht invasievermogen kunnen leiden tot bacteriëmie, sepsis en/of toxisch shocksyndroom45. Het goede penetratievermogen van zowel Doxycycline als Amoxicilline in het wondgebied via de nanomaterialen voorkomt het optreden van een bacteriële infectie en helpt bij het versnellen van het wondherstelproces met volledige vachtvorming en zonder de aanwezigheid van korsten.

Histopathologische bevindingen gaven aan dat de Amoxicilline en Doxycycline nanocomposieten een snelle samentrekking vertoonden, wat zeer belangrijk is voor een snelle wondsluiting, vooral bij dieren met een verloren huid (muis, rat). Re-epithelialisatie was een gemeenschappelijk stadium voor alle dieren tijdens het wondgenezingsproces en contact epitheliaal oppervlak46.

Nanopartikels versterkten de activiteit van de dragermaterialen zoals geneesmiddelen door hun grote oppervlakte/volume verhouding. Bovendien, de doeltreffendheid van de antimicrobiële activiteit van de doxycycline en amoxicilline verhoogt bij gebruik van LDH Nano lagen47. Zowel magnesium- als aluminiumionen van LDH hebben antimicrobiële activiteit en fungeren als vrije radicalenvangers voor ROS (Reactive Oxygen Species). Oxidatieve stress leidt bovendien tot een verhoogde ROS-productie en vertraagt ook de cellulaire processen die betrokken zijn bij de wondgenezing. Bijgevolg helpt Mg/Al bij het verkrijgen van een goede genezingsactiviteit in een kortere tijd48.

De belangrijkste reden voor het niet genezen van de slijmvlieswond is de bacteriële infectie die leidt tot gastro-intestinale ulcera (GIU), die voornamelijk wordt veroorzaakt door Helicobacter pyloriis bacteriën bij volwassenen en kinderen wereldwijd. Het falen van behandeling met voldoende antibioticaconcentratie is te wijten aan het feit dat H.pyloriis onder het maagslijmvlies leeft dat het maagepitheel ondersteunt5. Nanodeeltjes geladen met antibiotica hebben een effectieve behandeling van gastro-intestinale infecties aangetoond omdat hun kleine deeltjes zich efficiënt aan het maagslijmvlies hechten en goed werken tegen de bacteriën die daar leven7. Op die basis vertoonden zowel de met DOX/LDH als de met AMOX/LDH nanocomposieten behandelde groepen een significante afname in de ulcusindex of in de ernst van de geïnduceerde zweer na 7 dagen behandeling. De afname van de ulceratie-inductie kan worden toegeschreven aan de perfecte hechting van het Mg/Al-LDH nanomateriaal als gevolg van hun kleine omvang, die later gecontroleerde afgifte van antibiotica mogelijk maakt. Het mogelijke mechanisme van gastro-intestinale bescherming tegen zweer of wond door het zwerende weefsel vooral in magen die grote hoeveelheden slijm produceren die adhesie van kleine deeltjes door hun kleine massa bevordert. Bovendien verhoogt een maagontsteking de slijmproductie en hechten fijne deeltjes zich beter49. Op de plaats van de ontsteking slokken immuuncellen, zoals macrofagen, kleine deeltjes op en laden zo de antibiotica op die vrijkomen en lokale effecten veroorzaken50.

Bovendien vertoonden zowel de met Doxycycline als de met Amoxicilline Antibiotica behandelde groepen ook een significante afname van het aantal ulcera. Deze afname kan worden toegeschreven aan hun antibacteriële activiteit bij de behandeling van wonden of zweren51. Op dezelfde grond, Mg / Al LDH toonde een daling van de zweren nummers in vergelijking met controle niet-behandelde ratten. Deze afname of dat de bescherming van de maag werd veroorzaakt door de beschermende laag die werd gevormd door de Mg/Al LDH, die algemeen werd gebruikt als een anti-zuur52. Ulcera behandeld met LDH Nano-carrier in de vorm van orale anti-zuur en anti-pepsine bevestigde de veiligheid en biocompatibiliteit van dit Nanos leveringssysteem, die ook wordt bevestigd door de histopathologische bevindingen.

Voor zover wij weten, waren er geen gerapporteerde eerdere studies over de werkzaamheid van de antibiotica hierboven genoemde voor de behandeling van wonden of ulcera, maar er bestaan meerdere studies waaruit blijkt het belang van topische toediening van antibiotica in de genezing tarief en preventie van infectie. Tegenwoordig is topische antimicrobiële therapie voor ulcera of wonden meer ingeburgerd geraakt vanwege het belang ervan voor de genezingsgraad. De genezingstijd is het belangrijkste eindpunt bij wondbehandeling53. Sommige onderzoekers hebben een genezingspercentage van 83% in 30 weken geconstateerd54 , terwijl anderen hebben gemeld dat 62/90 (69%) van de veneuze beenulcera binnen 12 weken waren genezen. Moffatt et al.55 vonden dat 70% van de veneuze ulcera was genezen na 48 weken behandeling; de auteurs merkten ook op dat veel van het bewijs over genezingspercentages afkomstig is van de resultaten van gerandomiseerde gecontroleerde onderzoeken. Deze studies bereiken doorgaans genezingspercentages van meer dan 60% voor patiënten na 24 weken, maar weerspiegelen mogelijk niet de complexe problemen waarmee men in de klinische praktijk wordt geconfronteerd. Door deze studies zal de omzetting van antibiotica naar de nanovorm een belangrijk effect hebben op de genezingssnelheid binnen een kortere tijd, zoals in onze studie.

Het hoofdidee van deze studie draait om de topische toepassing van antibiotica met een hoog penetratievermogen en een verlengde afgiftesnelheid door deze op nanomaterialen te laden. Het topisch aanbrengen van dergelijke antibiotica op wonden voorkomt infecties die de genezing vertragen, zodat het genezingsproces van wonden en zweren korter duurt. Bijgevolg hebben we ontdekt dat het toevoegen van antibiotica het genezingsproces versnelt en de genezingstijd verkort door infecties te voorkomen.

De voordelen van topische therapie zijn onder meer de mogelijkheid om een hoge lokale concentratie toe te dienen met kleine doses van het middel, zelfs bij patiënten met ischemie van de ledematen, om het first-pass effect in het maagdarmkanaal te vermijden, alsook het verminderen van de risico’s van systemische bijwerkingen. Met topische formuleringen worden zeer hoge lokale concentraties bereikt56. Bovendien is de uitroeiing of vermindering van micro-organismen in de wond alleen geen voldoende eindpunt voor de werkzaamheid van het geneesmiddel57 , maar hangt deze vooral af van het penetratievermogen en de werkzaamheid ervan. Ten slotte zijn er geen klinische gegevens die het gebruik van topische antibioticabehandeling voor de preventie van recidiverende wondinfecties ondersteunen. Alle open wonden zijn gekoloniseerd door micro-organismen, die over het algemeen het genezingsproces beïnvloeden. Als de kolonisatie zich echter ontwikkelt tot een lokale infectie, die vervolgens systemisch wordt, kan het resultaat levensbedreigend zijn. Daarom omvat wondverzorging niet alleen reiniging, debridement en beheersing van de onderliggende etiologie, maar worden ook maatregelen genomen om te voorkomen dat gekoloniseerde wonden lokaal of zelfs systemisch geïnfecteerd raken58. Aangetoond is dat lokale antibiotische behandelingen een rol spelen bij het bevorderen van genezing, hoewel behandeling van de onderliggende etiologie een cruciaal element blijft59. Lokale factoren die de genezing kunnen vertragen zijn onder meer het aantal bacteriën dat op het wondoppervlak aanwezig is60. Bovendien werken zowel magnesium als aluminiumhydroxide via de maagcoating in wezen als maagzuurremmer61. Bovendien speelt amoxicilline een rol tegen Helicobacter-bacteriën en vertoont het de breedspectrumactiviteit van doxycycline. Al deze factoren zijn de belangrijkste redenen om dergelijke materialen te selecteren voor de evaluatie van hun activiteit bij de genezing van wonden en zweren.

Het gebruik van antibiotica bij elk letsel (wond of zweer) is de belangrijkste behandeling voor een snelle genezing in een kortere tijd. Dit wordt gedaan door infectiepreventie, die de belangrijkste oorzaak is van vertraging van de genezing van de wond of het ulcus. Infectie is een veel voorkomende reden voor slechte wondgenezing. Daarom is een significante vermindering van het aantal bacteriën belangrijk voor de behandeling van zowel acute als chronische wonden, met name de bacteriële groei die wordt geremd binnen de geïnduceerde of geopende wonden door de pH-waarden te verlagen62. Wondoppervlak-inductie verlaagt de pH-waarde van de geïnfecteerde oppervlakken en creëert een ongeschikte omgeving voor de groei en vermenigvuldiging van de bacteriën. Bovendien kan de pH van een wond ook de doeltreffendheid van antibiotica en antiseptica beïnvloeden63. De pH kan de doeltreffendheid en het succes van de werking van antibiotica beïnvloeden en mogelijk de metabolische toestand van bacteriën23 veranderen, waardoor bacteriële groei en verworven resistentie kunnen optreden. Zo vermindert de effectiviteit van meerdere antibiotica en zilverantiseptica in zure omgevingen, wat ook het gunstige medium in onze studie is64.

De belangrijkste rol van antibiotica bij wondgenezing is het remmen van de groei van resistente bacteriën en het bevorderen van genezing in een knaagdierwondmodel65. Zowel amoxicilline als doxycycline vervullen deze rol als breedspectrum en bacteriedodende antibiotica die de groei van bacteriën helpen te voorkomen en zweren en wonden binnen korte tijd helpen te genezen. De nanodeeltjes die in deze studie werden toegepast, vertoonden dus een veel hogere antibacteriële potentie tegen Gram-negatieve en Gram-positieve bacteriën, omdat ze het penetratievermogen in de bacteriële celwand of het bacteriële membraan vergrootten. Het versterkte remmende effect vergeleken met dat van het normale antibioticum alleen was te danken aan het vermogen van de ontworpen nanodeeltjes om het bacteriële membraan te desintegreren. Deze nanodeeltjes versnelden de genezing van zweren en wonden door ontsteking en angiogenese te reguleren. Bovendien maakten zij een verhoging van de huidabsorptie van het mengsel op nanoschaal mogelijk.

De meeste van deze nanodeeltjesdragers, zoals LDH, zijn gebruikt voor de toediening van therapeutische middelen met antibacteriële eigenschappen, en zij zijn onderzocht als nanodragers van geneesmiddelen voor wondgenezing, gekozen op basis van de behoeften van de wond13. Deze Nano dragers helpen medicijnafgifte, omdat ze celgroei bevorderen, cutane wondgenezing versnellen, en littekenvorming verminderen66.

In het bijzonder, H. pylori leeft diep in het maagslijmvlies, en langdurige lokale medicijntoepassing is nodig voor voldoende verspreiding naar de bacterie67. Geen enkel antibioticum is doeltreffend om H. pylori uit te roeien wanneer het in vivo wordt toegediend. De behandeling van een dergelijke infectieziekte in peptische ulcera vereist gewoonlijk een drievoudige therapie die een antibioticum, een antibacterieel middel en protonpompremmers omvat. Het falen van een behandeling met enkelvoudige antibiotica kan te wijten zijn aan een slechte stabiliteit van het geneesmiddel in de zure pH van de maag, een slechte permeabiliteit van antibiotica doorheen de slijmlaag, of de beschikbaarheid van sub-therapeutische antibioticaconcentraties op de infectieplaats na orale toediening in een conventionele doseringsvorm68. Daarom helpt de synthese van antibiotica in nanovorm de antibiotica door te dringen in de diepe slijmlaag en verbetert de bactericide werkzaamheid tegen H. pylori.

Om de efficiëntie van dergelijke therapeutische modaliteiten te verbeteren, zijn plaatsspecifieke antibiotische geneesmiddelafgiftesystemen ontwikkeld voor de lokale behandeling van H. pylori-infecties van de maag. Er zijn pogingen ondernomen om gelokaliseerde antibiotica afgiftesystemen te ontwikkelen in de zure omgeving van de maag. Daarom kozen wij ook pH 4 als zuur medium om de stabiliteit van het geneesmiddel te verbeteren. Amoxicilline (“-amino-hydroxy-benzyl penicilline) is een semi-synthetisch, oraal geabsorbeerd en breedspectrum antibioticum. Het antibioticum wordt op grote schaal gebruikt in de standaard uitroeiingsbehandeling van maag-H. pylori-infectie, en met behulp van nanosynthese kan een grotere penetratie van het geneesmiddel en daardoor een hogere bactericide-efficiëntie worden bereikt27.

Ideale kandidaten voor het verband van infectiewonden moeten in voldoende mate hoge concentraties antibiotica afgeven aan de plaats van de wond; de structuur en biologische functie nabootsen van inheemse extracellulaire matrixeiwitten, die ondersteuning bieden en cellulaire activiteiten reguleren; de normale differentiatietoestand binnen het celcompartiment handhaven; biocompatibel en/of biologisch afbreekbaar zijn; en geen nadelige effecten hebben op het omringende weefsel69. Op basis van deze factoren is de belangrijkste doelstelling en de belangrijkste stap voor wondgenezing het voorkomen van infectie door het gebruik van met name breedspectrum- en bacteriedodende antibiotica, zoals die in ons onderzoek zijn gebruikt. Bovendien helpt het laden van breedspectrum- en bacteriedodende antibiotica op nanomaterialen de geneesmiddelen een groter penetratievermogen te bereiken in de veroorzaakte wond of ulcus. Internationaal, antibiotica-resistente bacteriën en multidrug-resistente bacteriën nemen toe als een klinisch probleem; deze bacteriën zijn gevonden in isolaten van een aanzienlijk deel van de patiënten met decubitus en zelfs in de gemeenschap instellingen51.

Een ander mechanisme waardoor deze resultaten werden verkregen, anders dan de bereikte antimicrobiële werkzaamheid, is door de LDH zelf, die helpt bij het verbeteren van antibiotica werkzaamheid, als gelaagde hydroxiden zijn beschouwd als unieke Nano-carriers voor efficiënte cellulaire levering van geneesmiddelen. Dit vermogen is te danken aan de uitstekende eigenschappen van LDH’s, met name de unieke oppervlaktemodificatie die door hun gunstige ionenuitwisselingseigenschappen wordt bereikt. Bovendien verbeteren de positief geladen lagen van gelaagde hydroxiden aanzienlijk de efficiënte cellulaire afgifte van geneesmiddelen. Het negatief geladen membraan van cellen verhindert dat geneesmiddelen met een negatieve lading binnenkomen. Door het incorporeren van anionische geneesmiddelen in de lagen van gelaagde hydroxiden, deze drug-nanohybriden met positief geladen oppervlakken zijn in staat om goed in de cel en verbeteren van de cellulaire afgifte van geneesmiddelen51,70,71. Door verhoging van de deeltjesgrootte van LDH lagen of vellen, de cellulaire opname van LDH wordt verminderd, maar interessant is waargenomen dat de cellulaire opname van alle maten van gelaagde hydroxiden wordt voltooid binnen 15 minuten door de retentietijd mechanisme 72,73,74. LDH’s hebben een extra voordeel in het leveren van negatief geladen geneesmiddelen omdat zij een netto positieve lading op hun oppervlak dat adsorptie vergemakkelijkt en internalisatie door de negatief geladen biologische membranen zonder de noodzaak voor een extra post-modificatie / functionalisatie, zoals in het geval van andere materialen. Zo hebben veel onderzoekers geconjugeerd een verscheidenheid van negatief geladen cytotoxische geneesmiddelen in de tussenruimten van LDHs en met succes geleverd ze in cellen met gecontroleerde afgifte eigenschappen75,76.

In conclusie, de doxycycline-amoxicilline nanocomposieten ontwikkeld in deze studie (dat wil zeggen, Mg / Al LDH) houden grote vooruitzichten voor de behandeling van wonden (zalven) in een kortere tijd en voor de preventie van zweren (orale dosering). De omzetting van antimicrobiële geneesmiddelen, vooral antibiotica, in geneesmiddelen op nanoschaal stelt hen in staat nieuwe eigenschappen te verwerven, zoals wondhelende activiteit en preventie van zweren, via een veel betere weg dan die van de gebruikte standaardgeneesmiddelen. Dit vermogen wordt gerealiseerd door infectiepreventie via een hoger penetratievermogen en een hoge werkzaamheid tegen pathogene micro-organismen die open wonden of slijmvliesverwondingen infecteren en vertragingen in de genezingsgraad van infecties en levensbedreigende problemen veroorzaken.