Een formulering van fusidinezuur-geladen hydrogelfilm werd ontwikkeld met verschillende Aloë vera-verhoudingen en gekarakteriseerd in deze studie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Ontwikkeling en karakterisering van fusidinezuur-geladen alginaat-aloë vera gebaseerde hydrogelfilm
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Een nieuwe fusidinezuur-geladen hydrogelfilm werd bereid via de oplosmiddelgiettechniek met behulp van alginaat en aloë vera. De hydrogelfilms werden geoptimaliseerd met behulp van verschillende verhoudingen van natriumalginaat, aloë vera en glycerine. De films met 10% glycerine (w/w alginaat) zagen er het beste uit. Het opnemen van Aloë vera beïnvloedde de dikte, het zwellingsgedrag, de waterdampdoorlaatbaarheid en het medicijnafgifteprofiel van de hydrogelfilms. Een hoger gehalte aan Aloë vera resulteerde in dikkere films (tot een bepaalde verhouding), verhoogde zwelling, verminderde waterdampdoorlaatbaarheid en een langdurige afgifte van het geneesmiddel tot 93% gedurende 12 uur. Fourier-transform infraroodspectroscopie (FTIR) analyse bevestigde de aanwezigheid van belangrijke functionele groepen en de interactie tussen de hydrogelcomponenten. De studie suggereert dat de combinatie van natriumalginaat, aloë vera en glycerine de mechanische eigenschappen en medicijnafgifteprofielen van hydrogelfilms kan verbeteren, waardoor ze een veelbelovende optie zijn voor verbeterde topische medicijnafgifte en wondgenezingstoepassingen.
Inleiding
Fusidinezuur is een krachtig steroïde antibioticum afgeleid van Fusidium coccineum. Het wordt veel gebruikt voor de behandeling van stafylokokken huidinfecties en impetigo. Dit medicijn heeft een hoge werkzaamheid, zelfs tegen antibioticaresistente stammen, en een lage toxiciteit, waardoor het een geschikte optie is voor het beheersen van huidinfecties1. In tegenstelling tot andere topische antibiotica dringt fusidinezuur diep door in de huid en versterkt het de antimicrobiële effecten, vooral in gebieden waar de beschermende barrière van de huid is beschadigd. De structuur zorgt voor veelzijdige oplosbaarheidseigenschappen, waardoor een wijdverbreide verdeling door de lichaamsweefsels mogelijk is, die verder wordt verbeterd in zijn natriumfusidatische vorm voor een betere oplosbaarheid in water en penetratiesnelheden 2,3. Fusidinezuur kan op verschillende manieren worden toegediend, waaronder oraal, intraveneus en topisch, waarbij het wordt aangepast aan verschillende behandelingsbehoeften en het een flexibele keuze is voor verschillende infecties4.
Hydrogels, met hun hoge watergehalte en biocompatibiliteit, zijn naar voren gekomen als innovatieve dragers voor antibiotica bij wondbehandeling, die zorgen voor vochtretentie, gecontroleerde afgifte van geneesmiddelen en betere resultaten voor de patiënt. Ze zijn gemaakt van natuurlijke of synthetische polymeren zoals alginaat, dat de voorkeur geniet vanwege zijn sterke biocompatibiliteit, betaalbaarheid en geleereigenschappen die extracellulaire matrices van natuurlijk weefsel nabootsen5. Met name hydrogels op basis van alginaat bieden een vochtige omgeving die bevorderlijk is voor wondgenezing, hechten niet aan de wond en kunnen gemakkelijk worden verwijderd, waardoor ze ideaal zijn voor het leveren van bioactieve stoffen en het ondersteunen van weefselregeneratie. De ontwikkeling van hydrogels die antibiotica inkapselen, vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in de wondverzorging, die zorgt voor gerichte medicijnafgifte en aanhoudende therapeutische effecten 6,7.
De voorgestelde met fusidinezuur beladen alginaat/Aloë vera hydrogel heeft tot doel de oplosbaarheidsproblemen van fusidinezuur te overwinnen en de dermale penetratie ervan te verbeteren. Aloë vera, bekend om zijn huidvriendelijke, hydraterende en antibacteriële eigenschappen, dient ook als een chemische penetratieverbeteraar, waardoor de werkzaamheid van fusidinezuur bij de behandeling van huidinfecties mogelijk wordt verbeterd 8,9. Deze innovatieve formulering maakt gebruik van de synergetische effecten van aloë vera en alginaathydrogel om een gunstige genezingsomgeving te creëren, de afgifte van geneesmiddelen te optimaliseren en een veelbelovende oplossing te bieden voor een betere behandeling van huidinfecties, waarbij optimaal gebruik wordt gemaakt van de krachtige antimicrobiële activiteit van fusidinezuur met verbeterde afgifte en genezingsresultaten10.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
De details van de reagentia en apparatuur die in dit onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel.
1. Bereiding van fusidinezuur-hydrogelfilms
- Bereid oplossingen van natriumalginaat (2,0% w/v) en aloë vera (1,0% w/v) door ze op te lossen in gedestilleerd water.
- Voeg 200 mg fusidinezuur toe aan de natriumalginaatoplossing en roer gedurende 1 uur.
- Voeg glycerol toe aan de alginaatoplossing in concentraties van 10%, 12% en 14% (g/m, op basis van de alginaatmassa).
- Combineer de alginaat- en Aloë vera-oplossingen om de uiteindelijke alginaat/Aloë vera-verhoudingen (v/v) van 100:0, 90:10, 80:20 en 75:25 te bereiken.
- Giet 25 ml van elk mengsel in glazen petrischaaltjes (100 mm x 20 mm) en laat 2 dagen drogen bij kamertemperatuur (25 °C) en gecontroleerde luchtvochtigheid (50%).
- Dompel de gedroogde films gedurende 5 minuten onder in een waterige oplossing van calciumchloride (CaCl2) (5,0% g/v) om de hydrogelfilms te verkrijgen.
- Was de resulterende films met gedestilleerd water en droog ze voor gebruik op kamertemperatuur.
2. Bepalen van de laagdikte
- Gebruik een digitale micrometer om de dikte van de filmte meten 11.
- Voer metingen uit op vijf verschillende punten in de film.
- Noteer de metingen die vanaf elk punt zijn verkregen.
- Bereken de gemiddelde laagdikte op basis van de uitgevoerde metingen.
3. Bepaling van de zwellingsindex
- Snijd de filmmonsters met een laboratoriummes in vierkanten van 2 cm x 2 cm.
- Weeg elk monster nauwkeurig.
- Week de monsters 24 uur in een PBS-buffer (pH 6,8) bij kamertemperatuur.
- Absorbeer overtollig water op het filmoppervlak met behulp van filtreerpapier.
- Weeg de monsters opnieuw.
- Weeg de films met verschillende tijdsintervallen. Bereken het zwellingsvermogen met behulp van de volgende vergelijking:
OPMERKING: Wh staat voor het gehydrateerde gewicht van het monster en Wd komt overeen met het droge gewicht van het monster.
4. Waterdampdoorlaatbaarheid of occlusietest
- Dek de opening van een glazen bekerglas met 50 ml water af met filtreerpapier11.
- Breng een filmvormende oplossing aan op een van de papiersoorten en laat het een film ontwikkelen.
- Bewaar het bekerglas bij kamertemperatuur en vochtigheid.
- Beoordeel de waterdoorlaatbaarheid van de film op basis van de afname van het watergewicht in de beker.
- Gebruik de volgende formule om de evaluatie van de waterdampdoorlaatbaarheid voor de voorbereide hydrogelfilm te bepalen:
OPMERKING: De occlusiviteitsfactor, F, meet de doorlaatbaarheid van een film. Dit wordt bepaald door het verschil in watergewicht te berekenen tussen een glazen bekerglas bedekt met filtreerpapier zonder folie en een glazen bekerglas bedekt met filtreerpapier dat is bedekt met een laag van de folie. Een kleinere occlusiviteitsfactor duidt op een grotere filmpermeabiliteit.
5. Fouriertransformatie infraroodspectroscopie (FTIR)
- Plaats het hydrogelmonster op het ATR-kristal van de FTIR-spectroscopiemachine.
- Stel het golfgetalbereik in op 4000-400 cm−1.
- Stel de scansnelheid in op 60 scans per monster.
- Stel de resolutie in op 4 cm−1.
- Neem een luchtachtergrond op voor elke samplerun.
- Voer de analyse uit voor elk hydrogelmonster afzonderlijk.
- Analyseer de FTIR-spectra voor elk hydrogelmonster om functionele groepen te bevestigen en interacties tussen alle componenten te onderzoeken12.
- Herhaal de analyse voor ruwe Aloë vera, natriumalginaat, glycerine en fusidinezuur afzonderlijk.
6. Differentiële scanningcalorimetrie (DSC)
- Gebruik een in de handel verkrijgbaar thermisch analyse-instrument om thermische profielen te verkrijgen.
- Maak de meetmonsters uit meerdere cirkelvormige stukken die uit de polymeerfilm zijn gesneden.
- Onderzoek het temperatuurbereik van 25-230 °C.
- Stel de verwarmings-/koelsnelheid in op 20 °C/min.
- Voer temperatuur- en enthalpiekalibratie uit met behulp van standaard indium met compatibele software.
7. Test voor de afgifte van drugs
- Bereid een oplossing van 50 ml PBS (pH = 7,4) als oplosmedium.
- Dompel de hydrogelfilms onder in PBS bij 37 °C gedurende 24 uur terwijl u roert met een snelheid van 50 tpm.
- Verzamel met vooraf bepaalde tussenpozen 2 ml van de monsters.
- Verdun en filtreer de verzamelde monsters door een spuitfilter.
- Vul onmiddellijk een gelijkwaardig volume PBS aan.
- Beoordeel de concentraties fusidinezuur die vrijkomen met behulp van een UV-spectrofotometer, waarbij de absorptie bij 285 nm wordt gemeten.
- Evalueer de afgiftekinetiek van fusidinezuur met behulp van zero-order, eerste-orde, Higuchi- en Korsmeyer-Peppas-modellen4.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Bereiding van alginaat/Aloë vera hydrogel film
Verschillende verhoudingen van natriumalginaat, aloë vera en glycerine werden gebruikt om de formulering van hydrogelfilm voor te bereiden. De uiteindelijke bereiding en beoordeling van de formuleringen werden alleen uitgevoerd met 10% glycerine (g/m alginaat). Figuur 1 toont de hydrogelfilm met verschillende Aloë vera-verhoudingen . Deze selectie werd gemaakt omdat...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Fusidinezuur werd verwerkt in alginaat-hydrogelfilms met verschillende verhoudingen van Aloë vera en glycerine. De aanwezigheid van Aloë vera had geen invloed op het uiterlijk, maar tijdens de bereiding werd een afname van de viscositeit waargenomen in de oplossingen die Aloë vera bevatten. De bevindingen van diktetesten suggereren dat de opname van Aloë vera tot op zekere hoogte enige invloed kan hebben op de filmdikte, maar het wordt niet als signifi...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Deze studie werd ondersteund door Princess Nourah bint Abdulrahman University Researchers Supporting Project number (PNURSP2024R30), Princess Nourah bint Abdulrahman University, Riyadh, Saoedi-Arabië. Dit onderzoek werd gefinancierd door de Researchers Supporting Project number (RSPD2024R811), King Saud University, Riyadh, Saoedi-Arabië.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Aloe vera | Lokaal leverancier, Kuala Lumpur, Maleisië | Het was ruwe aloë vera-schors en de materialen werden in ons lab voorbereid | |
| Calciumchloride | R&M Chemicals | ||
| Differentiële scanningcalorimetrie | Netzsch-Gruppe | DSC 300 Caliris | |
| FTIR-spectroscopie | Perkin Elmer | 107914 | |
| Fusidisch zuur | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | PHR2810 | gecertificeerd referentiemateriaal, farmaceutische secundaire standaard |
| Glycerine | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | PHR1020 | United States Pharmacopeia (USP) Referentiestandaard |
| Micrometerschroefstang | Blomker Industries, Maleisië | ||
| NETZSCH proteus software | Netzsch-Gruppe | DSC 300 Caliris | |
| Fosfaatbufferoplossing | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | P4417 | Tabletten |
| Natriumalginaat | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | W201502 | |
| thermische analyse-instrument | NETZSCH | DSC Caliris | |
| UV-SPECTROPHOTOMETER / UV LINE-9400 | SECOMAM | / 8512047 |
Referenties
- Bandyopadhyay, D. Topical antibacterials in dermatology. Indian J Dermatol. 66 (2), 117-125 (2021).
- Williamson, D. A., Carter, G. P., Howden, B. P. Current and emerging topical antibacterials and antiseptics: agents, action, and resistance patterns. Clin Microbiol Rev. 30, 827-860 (2017).
- Bonamonte, D., Belloni Fortina, A., Neri, L., Patrizi, A. Fusidic acid in skin infections and infected atopic eczema. G Ital Dermatol Venereol. 149 (4), 453-459 (2014).
- Curbete, M. M., Nunes, R. A. Critical review of the properties of fusidic acid and analytical methods for its determination. Crit Rev Anal Chem. 46 (4), 352-360 (2015).
- Zhao, C., Zhou, L., Chiao, M., Yang, W. Antibacterial hydrogel coating: Strategies in surface chemistry. Adv Colloid Interface. 285, 102280-102280 (2020).
- Ahmed, E. M. Hydrogel- Preparation, characterization, and applications: A review. J Adv Res. 6, 105-121 (2015).
- Stan, D., et al. Wound healing applications of creams and "smart" hydrogels. Exp Dermatol. 30 (9), 1218-1232 (2021).
- Cole, L., Heard, C. M. Skin permeation enhancement potential of Aloe vera and a proposed mechanism of action based upon size exclusion and pull effect. Int J Pharm. 333 (1-2), 10-16 (2007).
- Sharma, K., Mittal, A., Chauhan, N. Aloe vera as penetration enhancer. Int J Drug Dev Res. 7, 31-43 (2015).
- Parhi, R., Suresh, P., Mondal, S., Kumar, P. M. Novel penetration enhancers for skin applications: A Review. Curr Drug Deliv. 9 (2), 219-230 (2012).
- Hadi, A., Nawab, A., Alam, F., Zehra, K. Alginate/Aloe vera films reinforced with tragacanth gum. Food Chemistry: Mol Sci. 30 (4), 100105(2022).
- Gull, N., et al. In vitro study of chitosan-based multi-responsive hydrogels as drug release vehicles: a preclinical study. RSC Adv. 9 (53), 31078-31091 (2019).
- Ciarleglio, G., Cinti, F., Toto, E., Santonicola, M. G. Synthesis and characterization of alginate gel beads with embedded zeolite structures as carriers of hydrophobic curcumin. Gels. 9 (9), 714(2023).
- Dong, H., et al. Smart polycationic hydrogel dressing for dynamic wound healing. Small. 18 (25), 2201620(2022).
- Giz, A. S., et al. A detailed investigation of the effect of calcium cross-linking and glycerol plasticizing on the physical properties of alginate films. Int J Biol Macromol. 148, 49-55 (2020).
- Fadhilah, S., Aisyah, N., Mohd, N., Mat, K. A. Sodium alginate film: The effect of crosslinker on physical and mechanical properties. IOP Conf Ser Mater Sci. 509, 012063(2019).
- Kudłacik-Kramarczyk, S., et al. Investigations on the impact of the introduction of the Aloe vera into the hydrogel matrix on cytotoxic and hydrophilic properties of these systems considered as potential wound dressings. Mater Sci Eng C. 123, 111977(2021).
- Pereira, R., et al. Development of novel alginate based hydrogel films for wound healing applications. Int J Biol Macromol. 52, 221-230 (2013).
- Hadi, A., Nawab, A., Alam, F., Zehra, K. Physical, mechanical, optical, barrier, and antioxidant properties of sodium alginate-Aloe vera biocomposite film. J Food Process. 45 (5), e15444(2021).
- Yoshida, C. M., et al. Effect of chitosan and Aloe vera extract concentrations on the physicochemical properties of chitosan biofilms. Polymers. 13 (8), 1187(2021).
- Nuutila, K., Eriksson, E. Moist wound healing with commonly available dressings. Adv Wound Care. 10 (12), 685-698 (2021).
- Naeem, F., et al. pH-responsive cross-linked polymeric matrices based on natural polymers: effect of process variables on swelling characterization and drug delivery properties. BioImpacts: BI. 7 (3), 177(2017).
- Mahmood, A., et al. Aloe vera-based polymeric network: A promising approach for sustained drug delivery, development, characterization, and in vitro evaluation. Gels. 9 (6), 474(2023).
- Kamaraj, N., Rajaguru, P. Y., Issac, P., Sundaresan, S. Fabrication, characterization, in vitro drug release and glucose uptake activity of 14-deoxy, 11, 12-didehydroandrographolide loaded polycaprolactone nanoparticles. Asian J Pharm Sci. 11 (4), 353-362 (2017).
- Chalitangkoon, J., Wongkittisin, M., Monvisade, P. Silver loaded hydroxyethylacryl chitosan/sodium alginate hydrogel films for controlled drug release wound dressings. Int J Biol Macromol. 159, 194-203 (2020).
- Laracuente, M. L., Yu, M. H., McHugh, K. J. Zero-order drug delivery: State of the art and future prospects. J Control Release. 327, 834-856 (2020).
- Wang, Y., et al. A sustained zero-order release carrier for long-acting, peakless basal insulin therapy. J Mater Chem B. 8 (9), 1952-1959 (2020).
- Unagolla, J. M., Jayasuriya, A. C. Drug transport mechanisms and in vitro release kinetics of vancomycin encapsulated chitosan-alginate polyelectrolyte microparticles as a controlled drug delivery system. Eur J Pharm Sci. 114, 199-209 (2018).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
