Etapa nr. 1/2021:
Dezvoltarea experimentală și caracterizarea fizico-chimică a unor nanostructuri inovative polimerice bioactive și biomimetice (BBPNs)
perioada de raportare: 03.05.2021-31.12.2021
Rezumatul etapei
Scopul proiectului de cercetare este dezvoltarea de nanostructuri polimerice inovatoare, biomimetice și bioactive pentru tratamentul rănilor, acute și cronice. Obiectivele perioadei de raportare au fost : (i) dezvoltarea de nonofibre pe bază de chitosan (CS) și hialuronic acid (HA) prin înglobarea în matricea polimerică de substanțe active, cu efecte biologice dovedite în tratamentul rănilor și (ii) caracterizarea fizico-chimică și spectrală, atât a soluțiilor polimerice cât și a NFs dezvoltate. NFs sunt matrici extracelulare artificiale care constituie un mediu favorabil formării tisulare. Aceste nanostructuri favorizează adeziunea, proliferarea și diferențierea celulară mai eficient decât alte biomateriale. Totodată NFs oferă posibilitatea de modificare a proprietăților fizico-chimice (grosime/porozitate/proprietăți farmacocinetice) prin modificarea compoziției și a parametrilor de obținere, în vederea obținerii unor nanostructuri optime.
Ca principii active au fost selectate substanțe naturale și de sinteză, cu importante efecte biologice: antimicrobiene, antioxidante, cicatrizante și antiinflamatoare (propolis, miere Manuka, insulină, L-arginină, alantoină, curcumină, Calendula officinalis, Royal Jelly).
În urma obtimizării procesului de electrospinning au fost obținute 15 tipuri de NFs boactive și biomimetice, apartinând la trei serii (CS-PEO, CS-PVA, HA-PEO). Atât soluțiile polimerice cât și NFs bioactive și biomimetice au fost caracterizate din punct de vedere spectral în vederea confirmării prezenței principiilor active în matricea polimerică dar și din punct de vedere fizico-chimic, urmarindu-se caracteristicile reologice, aspectele morfologice, gradul de biocompatibilitate, gradul de biodegradare, gradul de umflare și de porozitate, precum și eficiența încapsulării. Rezultatele obținute susțin proprietățile nanostructurilor dezvoltate ca biomateriale eficiente în tratamentul ranilor.
Etapa nr. 2/2022:
Caracterizarea biologică a nanostructurilor inovative polimerice bioactive și biomimetice (BBPNs) – studii in vitro
perioada de raportare: 01.01.2022-31.12.2022
Rezumatul etapei
În cadrul acestei etape au fost evaluate din punct de vedere biologic, utilizând metode in vitro, BBPNs pe bază de chitosan (CS) și acid hialuronic (HA), având înglobate principii active cu importante efecte biologice: antimicrobiene, antioxidante, cicatrizante și antiinflamatoare (propolis, miere Manuka, insulină, L-arginină, alantoină, curcumină, Calendula officinalis). Evaluarea efectului antimicrobian, pe tulpini bacteriene (Gram pozitive: Staphylococcus aureus ATCC 25923 și Gram negative: Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853) și fungice (Candida albicans ATCC 10231) a evidențiat potențialul antimicrobian al nanosctructurilor dezvoltate, în special pentru cele pe bază de CS. Evaluarea efectul antioxidant al BBPNs, utilizând teste antiradicalice (DPPH, ABTS•+), determinarea capacității totale antioxidante și a puterii reducătoare a Fe3+ a evidențiat că probele CS_PEO@P_C și HA_PEO@M_L sunt cele mai promițătoare, pretându-se în special pentru tratamentul rănilor cronice. Totodată rezultatele obținute la testele de citotoxicitate și hemocompatibilitate susțin biocompatibilitate BBPNs dezvoltate. În plus, studiile de cinetica eliberării principiilor active din matricea polimerică au deovedit faptul că BBPNs se pot încadra în categoria biomaterialelor cu acțiune de lungă durată.
Etapa nr. 3/2023:
Caracterizarea biologică a nanostructurilor inovative polimerice bioactive și biomimetice (BBPNs) (studii in vivo)
perioada de raportare: 01.01.2023-31.12.2023
Rezumatul etapei
Cercetările derulate în cadrul perioadei de raportare au avut drept obiectiv evaluarea efectului cicatrizant, respectiv regenerant tisular, pe model de rană acută/cronică, al celor mai promitățoare BBPNs, selectate pe baza caracteristicilor fizico-chimice și al potențialului antimicrobian, antiinflamator și antioxidant, evaluat prin metode in vitro.
Rezultatele obținute în urma studiilor in vitro au confirmat faptul că intensitatea efectului biologic este în strânsă legătura cu natura APIs înglobat în matricea polimerică, respectiv cu natura compușilor activi prezenți în compoziția APIs. Testele de hemocompatibilitate și citotoxicitate au confirmat lipsa de toxicitate a acestor biomateriale, pentru unele probe evidențiindu-se chiar un efect de stimulare a proliferării celulare, efect benefic pentru tratamentul plăgilor.
În urma analizei rezultatelor obținute la evaluarea potențialului antimicrobian, antioxidant și antiinflamator prin metode in vitro, corelate cu caracteristicile fizico-chimice (energia liberă de suprafață, gradul de gonflare și biodegradare, porozitate, rata de transmisie a vaporilor de apă) și cu gradul de biocompatibilitate (citotoxicitate, hemocompatibilitate), au fost selectate 3 nanostructuri pe bază de CS, respectiv HA, având înglobate ca APIs: propolis (P), miere Manuka (M), L-arginină (L) și Calendula officinalis) (C): HA_PEO@M_L, HA_PEO@P_C, CS_PEO@P_C.
Rezultatele obținute au confirmat efectul regenerant tisular al BBPNs studiate, aceste nanostructuri acționând favorabil asupra diferitelor procese implicate în regenerarea tisulară (angiogeneza, formarea țesutului de granulație și reepitelizare). De asemenea, pentru cele trei BBPNs, HA_PEO@M_L, HA_PEO@P_C și CS_PEO@PC, s-a remarcat lipsa proceselor inflamatorii anormale și nu au existat semne de infecție care ar fi putut întârzia procesul de vindecare.
Rezultatele cele mai bune au fost înregistrate pentru CS_PEO@P_C, care la finalul experimentului, a prezentat cel mai mic diametru al plăgii (1,8 mm). Rezultate comparabile au fost obținute și în cazul HA_PEO@P_C, pentru care diametrul plăgii a fost de 3 mm. Ambele probe au condus la reepitelizarea zonei denudate, însă fără anexe ale pielii observabile.
Totodată s-a remarcat faptul că efectul regenerant tisular al CS_PEO@P_C, HA_PEO@P_C, HA_PEO@L_M a fost mai intens decât cel al martorului pozitiv (Sorbalgon). Această observație constituie un element cu o importanță deosebită privind potențialul terapeutic al BBPNs dezvoltate, pe bază de CS și HA, biopolimeri cu acțiune regenerant tisulară dovedită, dar și al APIs încorporate în matricea polimerică (propolis, Calendula officinalis flos, miere Manuka, L-arginină).