Antibakteriálne anorganické nanočastice v biopolymérnych krytoch rán pre liečbu infikovaných rán

Antibacterial inorganic nanoparticles in biopolymeric wound dressings for treatment of infected wounds

abstract

Slovak

Úvod: V rámci tejto práce je prezentovaný inovatívny prístup k príprave kolagénových krytov rán obohatených o antibakteriálne medené nanočastice pre liečbu infikovaných rán. Metodika: Boli navrhnuté dve metódy prípravy kolagénových krytov rán s inkorporovanými antibakteriálnymi medenými nanočasticami: povrchová a objemová. V oboch prípadoch bola vykonaná optimalizácia metódy, pre zaistenie postupného uvoľňovania medi do prostredia infikovanej rany. Na pripravených vzorkách bola vykonaná morfologická analýza pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie, testy stability, testy antibakteriálnej aktivity a bolo pozorované postupné uvoľňovanie medi zo vzoriek. Výsledky: Výsledkom tejto práce je povrchová a objemová metóda prípravy poréznych krytov rán obohatených o medené nanočastice pre hojenie infikovaných rán. Kryty rán boli pripravené lyofilizáciou z kolagénu v kombinácii s karboxymetylcelulózou, ktorá vďaka svojej hydrofilnej povahe napomáha rovnomernej inkorporácii medených nanočastíc a podporuje mokré hojenie rany. Boli využité medené nanočastice, ktoré majú preukázané antibakteriálne účinky a meď, ako biogénny prvok, v ľudskom tele podporuje tvorbu priečnych väzieb v kolagéne a elastíne. Častice boli enkapsulované do polymérnych kapsúl, pre zvýšenie ich stability, zníženie cytotoxicity a zaistenie postupného uvoľnovania medi. Z výsledkov morfologickej analýzy bolo zistené, že enkapsulované nanočastice boli rozptýlené v celom objeme vzoriek. Testy antibakteriálnej aktivity preukázali, že vzorky boli účinné najmä voči Gram-pozitívnym baktériám, ako Staphylococcus aureus a multirezistetným druhom akým je meticilín-rezistentný Staphylococcus aureus. Z testov stability bolo zistené, že prítomnosť medi výrazne ovplyvňuje stabilitu niektorých vzoriek. Záver: Obohatením kolagén-karboxymetylcelulózových krytov rán o enkapsulované antibakteriálne nanočastice sa zvýši hojaci potenciál materiálu a umožní tak efektívnejšie hojenie infikovaných rán. Poďakovanie: Táto práca bola podporená Ministerstvem zdravotnictví České republiky v rámci projektu č. NV19-05-00214 a bola vypracovaná s podporou výskumnej infraštruktúry CzechNanoLab (ID LM2018110, MŠMT, 2020-2022), CEITEC Vysoké učení technické v Brně.

Introduction: This work presents an innovative approach to the preparation of collagen wound dressings enriched with antibacterial copper nanoparticles for the treatment of infected wounds. Methodology: Two methods of preparing collagen wound covers with incorporated antibacterial copper nanoparticles were proposed: surface and volume. In both cases, the method was optimized to ensure the gradual release of copper into the environment of the infected wound. The prepared samples were subjected to morphological analysis using scanning electron microscopy, stability tests, antibacterial activity tests, and the gradual release of copper from the samples was observed. Results: The result of this work is a surface and volume method for the preparation of porous wound dressings enriched with copper nanoparticles for the healing of infected wounds. Wound dressings were prepared by lyophilization of collagen in combination with carboxymethylcellulose, which, thanks to its hydrophilic nature, helps the uniform incorporation of copper nanoparticles and promotes wet wound healing. Copper nanoparticles were used, which have proven antibacterial effects, and copper, as a biogenic element, supports the formation of cross-links in collagen and elastin in the human body. The particles were encapsulated in polymer capsules to increase their stability, reduce cytotoxicity and ensure the gradual release of copper. From the results of the morphological analysis, it was found that the encapsulated nanoparticles were dispersed in the entire volume of the samples. Antibacterial activity tests showed that the samples were particularly effective against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus and multi-resistant species such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus. From the stability tests, it was found that the presence of copper significantly affects the stability of some samples. Conclusion: Enriching collagen-carboxymethylcellulose wound dressings with encapsulated antibacterial nanoparticles will increase the healing potential of the material and thus enable more effective healing of infected wounds. Acknowledgment: This work was supported by the Ministry of Health of the Czech Republic as part of project no. NV19-05-00214 and was developed with the support of the research infrastructure CzechNanoLab (ID LM2018110, MŠMT, 2020-2022), CEITEC University of Technology in Brno.

Medené nanočastice, karboxymetylcelulóza, kolagén, hojenie rán, kryty rán

Copper nanoparticles, carboxymethylcellulose, collagen, wound healing, wound dressings

POLÁKOVÁ, V.; DORAZILOVÁ, J.; BRTNÍKOVÁ, J.; ŠMERKOVÁ, K.; FIALOVÁ, T.; KOŠARIŠŤANOVÁ, L.; VOJTOVÁ, L.

8. 12. 2022

České vysoké učení technické v Praze

Praha

978-80-01-07052-9

Laboratorní a klinické aspekty regenerativní medicíny

1.

77

77

79

http://symma.cz/regmed/