تهیه و بررسی نانوالیاف کتیرا-ژلاتین در سامانه‌های دارورسانی ضدباکتریایی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی، دانشکده فنی و مهندسی، کد پستی 1469669191

2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی زیست‌پزشکی، صندوق پستی 114-14115

چکیده

فرضیه: از میان سامانه‌های مختلف دارورسانی، نانوالیاف پلیمری به‌عنوان حامل مناسب دارو در مطالعات گذشته استفاده شده‌اند. سرعت و سازوکار رهایش دارو از نانوالیاف پلیمری را می‌توان با تغییر غلظت پلیمر، اندازه و شکل‌ نانوالیاف کنترل کرد. در پژوهش حاضر، سامانه دارورسانی با استفاده از پلیمرهای طبیعی کتیرا و ژلاتین برای رهایش کنترل‌شده داروی ایمی‌پنم-سیلاستاتین در کاربردهای ضدباکتریایی تهیه شد.
روش‌ها: قطر و شکل‌شناسی نانوالیاف با میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و خواص فیزیکی شیمیایی نانوالیاف با طیف‌سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR) بررسی و تحلیل شد. رهایش برون‌تنی داروی ایمی‌پنم-سیلاستاتین با طیف‌سنجی فرابنفش (UV) بررسی شد. آزمون سمیت سلولی (MTT) با استفاده از سلول (NCBI C161)و L929 و روش استخراج روی نانوالیاف با دارو و بدون آن انجام شد. فعالیت ضدباکتریایی نانوالیاف در برابر باکتری‌های اشرشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس مطالعه شد.
یافته‌ها:  نانوالیاف با نسبت 80 به 20 درصد کتیرا به ژلاتین برای بررسی بیشتر انتخاب شدند. نتایج  نشان داد، قطر نانوالیاف با دارو و بدون آن به ترتیب در محدوده 100 و nm 200 بوده و دارو با نانوالیاف هیچ بر‌هم‌کنش شیمیایی نداشته است. نیم‌رخ رهایش دارو از نانوالیاف، آزادسازی %82 دارو را طی h 120 نشان داد. نتایج آزمون سمیت سلولی نشان داد، نانوالیاف بدون دارو هیچ اثر سمی نداشته‌اند. زنده‌مانی سلول‌ در نانوالیاف بارگذاری‌شده با دارو نیز پس از 5 روز حدود %91 بوده است. به‌طور کلی این مطالعه تأیید کرد، نانوالیاف تهیه‌شده می‌توانند به‌عنوان حامل مناسبی برای رساندن عامل ضدباکتریایی، به‌ویژه در برابر باکتری‌های گرم منفی بدون اثر سمیت سلولی استفاده شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation and Investigation of Gum Tragacanth/Gelatin Nanofibers for Antibacterial Drug Delivery Systems

نویسندگان [English]

  • Rashid Meghdadi Kasani 1
  • Soheil Boddohi 2
1 Faculty of Engineering, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Postal Code 1469669191, Tehran, Iran
2 Department of Biomedical Engineering, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box 14115-114, Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Based on previous studies, among all drug delivery systems, polymeric nanofibers have been used extensively. Release mechanism and rate can be tuned by changing polymer concentration, size and shape of nanofibers. In the present study, a drug delivery system was prepared by natural polymers of gum tragacanth and gelatin using electrospinning method for control delivery of imipenem/cilastatin in antibacterial applications.
Methods: Nanofibers' diameters and morphology were measured by scanning electron microscopy (SEM). The physicochemical properties of nanofibers' materials were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). In vitro release of drug was investigated using ultraviolet (UV) spectroscopy. MTT assay was performed using L929 (NCBI C161) cell line by extraction method on nanofibers with/without drug. The antibacterial activity was performed on nanofibers against Escherichia coli and Staphylococcus aureusbacteria.
Findings: Nanofibers with concentration ratio of gum tragacanth/gelatin (80 to 20 %) were selected for further investigation. Diameters of nanofiber with/without drug were in the range of 100 and 200 nm, respectively. Also, the results confirmed that there is no possible interaction between drug and nanofiber materials. The drug release profile from nanofibers showed 82% release in 120 h. The result of MTT assay indicated that nanofibers without drug had no toxicity effects. Also cell viability of drug-loaded nanofibers has reached about 91% cell viability after 5 days. Overall, this study confirmed that this nanofiber could potentially be used as a drug carrier for antibacterial agent delivery, specifically against gram-negative bacteria without cytotoxicity effect.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanofibers
  • gum tragacanth
  • gelatin
  • imipenem/cilastatin
  • drug delivery system
  1. Goonoo N., Bhaw-Luximon A., and Jhurry D., Drug Loading and Release from Electrospun Biodegradable Nanofibers, J. Biomed. Nanotech., 10, 2173-2199, 2014.
  2. Nouri M., Mokhtari J., Salmani L., and Sadeghieh K.H., Electrospinning of Silk Fibroin/β-Cyclodextrin Nanofibers for Controlled Drug Release, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 29, 89-100, 2015.
  3. Tanha N.R. and Nouri M., Core Shell Nanofibers of Silk Fibroin Polyvinyl Alcohol Structure and Controlled Release Behavior, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 30, 473-488, 2018.
  4. Um-i-Zahra S. and Zhu L., Novel Drug Delivery Duplicate Nanofibers and Their In Vitro Drug Release Profiles, Am. Res. Thoughts, 1, 1683-1698, 2015.
  5. Topuz F. and Uyar T., Electrospinning of Cyclodextrin
    Functional Nanofibers for Drug Delivery Applications, Pharmaceutics, 11, 2019, DOI: 10.3390/pharmaceutics11010006.
  6. Shelke N.B., James R., Laurencin C.T., and Kumbar S.G., Polysaccharide Biomaterials for Drug Delivery and Regenerative Engineering, Polym. Adv. Technol., 25, 448-460, 2014.
  7. Chou Sh-F., Carson D., and Woodrow K.A, Current Strategies for Sustaining Drug Release from Electrospun Nanofibers, J. Control. Release, 220, 584-591. 2015.
  8. Thenmozhiab S., Dharmaraja N., Kadirvelub K., and Kim H.Y., Electrospun Nanofibers: New Generation Materials for Advanced Applications, Mater. Sci. Eng. B, 217, 36-48, 2017.
  9. Son Y.J., Kim W.J., and Yoo H.S., Therapeutic Applications of Electrospun Nanofibers for Drug Delivery Systems, Arch. Pharm. Res.,37, 69-78. 2014.
  10. Ranjbar M., Bahrami S.H., and Ramakrishna S., Gum Tragacanth/Poly(L-lactic acid) Nanofiberous Scaffolds for Application in Regeneration of Peripheral Nerve Damage, Carbohyd. Polym, 140, 104-112, 2016.
  11. Kaffashi B., Zandieh A., and Khadiv-Parsi P., Drug Release Study of Systems Containing the Tragacanth and Collagen Composite: Release Characterization and Viscoelastic Measurements, Macromol. Symp., 239, 120-129. 2006.
  12. Kim S.E., Heo D.N., Lee J.B., Kim J.R., Park S.H., JeonS.H., and Kwon I.K., Electrospun Gelatin/Polyurethane Blended Nanofibers for Wound Healing, Biomed. Mater.,4, 2009, Doi: 10.1088/1748-6041/4/4/044106.
  13. Panzavolta S., Gioffre M., Focarete M.L., Gualandi C., Foroni, L., and Bigi A., Electrospun Gelatin Nanofibers Optimization of Genipin Cross-linking to Preserve Fiber Morphology After Exposure to Water, Acta Biomater.,7, 1702-1709, 2011.
  14. Rodriguez K., Dickinson G., Arcey S., Alea A., and Greenman R., Efficacy of Imipenem Cilastatin in Endocarditis, Am. J. Med., 78, 117-121, 1985.
  15. Rodloff A.C., Goldstein E.J.C., and Torres A., Two Decades of Imipenem Therapy, J. Antimicrob. Chemother., 58, 916-929, 2006.
  16. Laha A., Sharma C.S., and Majumdar S., Electrospun Gelatin Nanofibers as Drug Carrier: Effect of Crosslinking on Sustained Release, Mater. Today Proc., 3, 3484-3491, 2016.
  17. Destaye A.G., Lin C.K., and Lee C.K., Glutaraldehyde Vapor Cross-linked Nanofibrous PVA Mat with In Situ Formed Silver Nanoparticles, ACS. Appl. Mater. Interfaces, 5, 4745-4752, 2013.
  18. Bahrami S.H. and Ranjbar M., Development of Nanofibrous Scaffolds Containing Gum Tragacanth Poly (ε-caprolactone) for Application as Skin Scaffolds, Mater. Sci. Eng. C, 48, 71-79. 2015.
  19. Hossana M.J., Gafurb M.A., Kadirb M.R., and Karima M.M., Preparation and Characterization of Gelatin-Hydroxyapatite Composite for Bone Tissue Engineering, Int. J. Eng. Technol., 14, 24-32, 2014. 
  20. Fazli Y., Shariatinia Z., Kohsari I., Azadmehr A., and Pourmortazavi S.M., A Novel Chitosan-Polyethylene Oxide Nanofibrous Mat Designed for Controlled Co-release of Hydrocortisone and Imipenem/Cilastatin Drugs, Int. J. Pharm., 513, 636-647, 2016.
  21. Bahrami S.H., Ranjbar-Mohammadi M., and Joghataei M.T., Fabrication of Novel Nanofiber Scaffolds from Gum Tragacanth PVA for Wound Dressing Application: In Vitro Evaluation and Antibacterial Properties, Mater. Sci. Eng. C, 33, 4935-4943, 2013.