Parallelle uitlijning van verbandvezels versnelt wondgenezing

Morfologische beoordeling van keratinocyten. Een totaal van 1,5 x 10. 4 cellen/putje werden op de monsters gezaaid in platen met 24 putjes. De beelden werden genomen na 4 dagen incubatie. Confocale beelden van a, b XL-R, c, d XL-A500, e, f XL-A1000, g, h XL-A1500, i, j. Credit: Geavanceerde vezelmaterialen (2022). DOI: 10.1007/s42765-022-00216-w

Een team van onderzoekers uit Singapore heeft de ontwikkeling gerapporteerd van een huid-nabootsende scaffold door nanovezels parallel uit te lijnen die bestaan ​​uit een mengsel van polycaprolacton (PCL) en gelatine dat de wondgenezing verbetert. Hun onderzoek is onlangs gepubliceerd in Geavanceerde vezelmaterialen.

Wanneer de huid gewond is, kan het enige tijd duren om te genezen, afhankelijk van het niveau van de verwonding. Bacteriën die aanwezig zijn in de huidflora of van externe bronnen migreren naar de beschadigde plaatsen en hun verhoogde aanwezigheid vertraagt ​​het genezingsproces. Geïnfecteerde wonden hebben vaak enkele weken nodig om te genezen.

Opkomende multiresistente (MDR) bacteriën dragen verder bij aan de gezondheidslasten in de wondzorg en vormen een groot gezondheidsprobleem. Wondbehandeling kost wereldwijd miljarden dollars per jaar. Bovendien draagt ​​vertraagde wondgenezing bij aan het lijden van veel mensen en hun welzijn.

Met als doel het wondgenezingsproces te versnellen, maakten onderzoekers een nieuw composietverband. Ze gebruikten twee basisingrediënten: PCL, een biologisch afbreekbare polyester, en gelatine, een biologisch afbreekbaar eiwit gemaakt van gedenatureerd collageen. Ze pasten de elektrospinmethode toe om vezels van PCL/Gelatine te fabriceren.

Vervolgens verwerkten ze een huid-compatibel natuurlijk voorkomend poly(aminozuur) polymeer, ε-polylysine genaamd, in de vezelige steiger. Onderzoekers hebben eerder uitstekende anti-infectieuze eigenschappen met een breed spectrum van ε-polylysine vastgesteld. Bovendien toonden ze aan dat ε-polylysine de beweeglijkheid van huidcellen verbetert – dermale fibroblasten en keratinocyten.

“Het idee om ε-polylysine aan de nanovezelstructuren toe te voegen, was om bacteriële kolonisatie op de gewonde plek te voorkomen. We hebben onze ervaring gebruikt bij het ontwerpen van duurzame antimicrobiële nanovezels. Het nanovezelcomposietverband verhinderde bacteriële infectie en versnelde effectief de wondgenezing. Dit komt voornamelijk omdat de electrospun materiaal bootst de structuur en eigenschappen van de natuurlijke huid na en zorgt voor een geschikte micro-omgeving op het wondbed”, zegt Dr. Rajamani Lakshminarayanan, Singapore Eye Research Institute (SERI), een van de leidende PI’s van het onderzoek.

Om de mechanische sterkte, robuustheid en duurzaamheid van de steigers verder te vergroten, hebben onderzoekers de vezelige steigers verknoopt met behulp van een chemische stof, dopaminehydrochloride genaamd. Verbanden gemaakt van deze vezels waren glad, doorlopend en kraalvrij, met een gemiddelde diameter die huidcellen ondersteunt. Bovendien waren nanovezelmatten zeer hydrofiel, wat cruciaal is voor het verbeteren van de huidceladhesie, polarisatie, migratie en dus wondverband.

“Door de snelheid van de roterende trommelcollector van het elektrospinsysteem te regelen, konden we de vezeluitlijning afstemmen”, zegt de heer Erfan Rezvani Ghomi, een Ph.D. student aan de National University of Singapore (NUS) en de eerste auteur van het artikel.

“De vezeluitlijning van de scaffolds verbeterde hun treksterkte en verleende hydrofiliciteit, dwz het creëren van een bevochtigende omgeving, een wenselijk kenmerk van wondverband dat overtollig wondvocht kan absorberen, wat een betere celgroei, proliferatie en migratie mogelijk maakt.”

Onderzoekers experimenteerden met verschillende topologieën van elektrospun nanovezels met behulp van het in vitro celkweeksysteem. Toen onderzoekers de vezels in een parallelle topologie rangschikten, waren ze in staat om de celproliferatie en de beweging van cellen in de richting van uitlijning te verhogen, terwijl vezels met willekeurige topologie de celmotiliteit vertraagden.

De extracellulaire matrix bestaat uit vezelachtige structuren waardoor huidcellen bewegen.

“Als we een vergelijkbare structuur creëren en toepassen op het gewonde weefsel, zal het een gunstige micro-omgeving bieden, de celbeweging ondersteunen en zo de wondgenezing verbeteren. Onze bevindingen dat het toepassen van parallel uitgelijnde PCL / gelatine-steigers de celmigratie verbetert, zou helpen bij het verbeteren van de behandelingsresultaten van wonden en bieden hoop dat er nieuw en beter verband kan worden ontwikkeld om de genezing te verbeteren. We zetten onze onderzoeksinspanningen voort en ontwikkelen actief nieuwe steigerontwerpen die zijn afgestemd op het reguleren van ontstekingen in de wonden, “zei assistent-professor Navin Verma, Nanyang Technological University Singapore (NTU ), een van de leidende PI’s van de studie.

“In het huidige werk werd een eenvoudige elektrospintechniek gebruikt om verband te maken. De wondverzorgingsindustrie is op zoek naar dit soort innovatieve biotechnologische materialen. Een eenvoudige volgende stap zou zijn om meer functionaliteiten toe te voegen aan dit sterk uitgelijnde vezelmateriaal, zoals ontstekingsremmende eigenschappen,” zei professor Seeram Ramakrishna, NUS.

Hoewel verschillende verbanden op basis van hydrogels en andere met bioactieve stoffen beladen materialen werden ontwikkeld voor wondgenezing, was de efficiëntie van deze verbanden beperkt tot hun samenstelling. Maar een belangrijk aspect over de biologische invloed van structuur en topografie is minder bestudeerd.

Professor SC Kundu, onderzoekscoördinator en voormalig voorzitter van de Europese onderzoeksruimte, onderzoeksinstituut voor biomaterialen, biologische afbreekbare stoffen en biomimetica, op het hoofdkantoor van het Europees Instituut voor uitmuntendheid voor weefseltechnologie en regeneratieve geneeskunde, Universiteit van Minho, Portugal, die niet betrokken was bij de studie, zei: “ontwerpen voor vezelfabricage zullen ons helpen behandelingen te verbeteren, die wondpatiënten betere voordelen zouden bieden. Snelle wondgenezing is vooral gewenst in het geval van chronische wonden of ernstige brandwonden. Maar er moet meer onderzoek worden gedaan.”

Het onderzoeksteam benadrukte het belang van het huidige werk en zei: “Onze studie biedt een algemeen kader voor toekomstig onderzoek en we beginnen de kansen te verkennen. We zijn nu op zoek naar de ontwikkeling van deze techniek naar de volgende fase die de basis zou kunnen leggen voor nieuwe benaderingen in het omgaan met wondherstel.”