Kleurveranderende, zelfherstellende hydrogelmicrodeeltjes: een slimme oplossing voor geavanceerde wondverzorging

Chronische diabetische wonden komen veel voor bij patiënten en zijn moeilijk te genezen, wat een aanzienlijke medische uitdaging vormt. De ontwikkeling van multifunctionele hydrogelverbanden met een goed ontworpen morfologie en structuur kan hun flexibiliteit en effectiviteit bij wondbehandeling verbeteren.

Professor Hongbo Zhang van de Åbo Akademi Universiteit in Finland en collega’s hebben een zelfhelend hydrogelverband voorgesteld op basis van structurele kleurmicrosferen voor wondbehandeling. Hun onderzoek is gepubliceerd in het dagboek Nano-micro-letters.

Deze microbolletjes bestaan ​​uit een omgekeerd opaal raamwerk met fotothermische responsiviteit, opgebouwd uit gemethacryleerd hyaluronzuur, gemethacryleerde zijdefibroïne en zwarte fosforkwantumdots (BPQD’s). Ze zijn verder ingebed in dynamische hydrogels.

De dynamische hydrogelvuller wordt gevormd door de Knoevenagel-condensatiereactie tussen cyanoacetaat en benzaldehyde-gefunctionaliseerd dextran (DEX-CA en DEX-BA). Met name de samengestelde microbolletjes kunnen vrij worden aangebracht en kunnen, door gebruik te maken van het BPQD-gemedieerde fotothermische effect en de thermoreversibele stijfheidsverandering van de dynamische hydrogel, aan elkaar hechten onder nabij-infraroodbestraling.

Bovendien worden de microsferen samen geladen met melittine en vasculaire endotheliale groeifactor, met een afgiftegedrag dat via hetzelfde mechanisme kan worden gereguleerd. Bovendien kan het medicijnafgifteproces effectief worden gecontroleerd via visuele kleurveranderingen. Dit microsferensysteem toont ideale mogelijkheden in gecontroleerde medicijnafgifte en efficiënt wondbeheer.

Zhang en collega’s evalueerden de in vivo wondgenezingseffectiviteit van samengestelde microsferen (CMP’s) in een volledig dik chronisch diabetisch wondinfectiemodel. Het diabetische model in Sprague-Dawley (SD) ratten werd vastgesteld door intraperitoneale injectie van streptozotocine (STZ).

Na stabilisatie van de bloedglucosewaarden werden cirkelvormige, dikke huidwonden gecreëerd op het dorsale gebied van de ratten. Vervolgens werden verschillende interventies toegediend aan verschillende groepen ratten om de effectiviteit van CMP’s bij het bevorderen van wondgenezing te beoordelen.

Statistische analyse van wondsluitingsgebieden en geregenereerde epitheliale dikte onthulde dat de groep behandeld met de dual-drug-loaded CMP’s gecombineerd met nabij-infrarood (NIR) bestraling superieure wondgenezingsresultaten vertoonde, aanzienlijk beter dan andere groepen. Deze resultaten suggereren dat de synergetische effecten van NIR-gecontroleerde bestraling en de intelligente responsiviteit van CMP’s een cruciale rol spelen bij het verbeteren van wondgenezing.

Bacteriële infectie is een belangrijke oorzaak van vertraagde genezing bij chronische wonden. Het onderzoeksteam voerde Masson’s trichrome-kleuring uit om collageenafzetting op de wondplek te evalueren. In de met geneesmiddelen beladen CMP’s-groep waren de collageenrangschikking en -dichtheid meer uitgesproken, met verhoogde collageenvorming, wat het vermogen van de CMP’s om extracellulaire matrixafzetting te bevorderen, bevestigde.

Neovascularisatie speelt ook een cruciale rol bij wondherstel. Om de impact van VEGF (vasculaire endotheliale groeifactor) op wondgenezing te onderzoeken, werd immunofluorescentiekleuring voor CD31 gebruikt om nieuw gevormde bloedvaten te karakteriseren. Fluorescentiebeelden lieten minder CD31-positieve gebieden zien in de controlegroep, terwijl de CMPs@AMP&VEGF + NIR-groep de hoogste CD31-expressie vertoonde.