ساخت و مشخصه‌یابی داربست نانولیفی برپایه کیتوسان دارای نانوذرات سریم اکسید برای کاربرد در ترمیم زخم

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 تهران دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی نساجی، کد پستی 1477893855

2 تهران دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشکده علوم و فناوری‌های پزشکی، گروه مهندسی پزشکی، کد پستی 1477893855

چکیده

فرضیه‌: جادادن انواع مختلف نانوذرات به‌ویژه نانوذرات فلز اکسید در زیرآیند نانوالیاف پلیمری سبب افزایش خواص لایه ‌نانولیفی می‌شود. در این پژوهش از سیتریک اسید به‌عنوان عامل ایجاد اتصال‌ عرضی‌ دوست‌دار محیط‌زیست برای کاهش خاصیت آب‌دوستی لایه کیتوسان-پلی‌(وینیل‌ الکل) استفاده شد. از نانوذرات سریم ‌اکسید (نانوسریا) به‌عنوان عامل ضد‌اکسنده و ضدباکتری به‌منظور افزایش قابلیت‌های زیستی لایه در کاربردهای ترمیم زخم استفاده شد.
روش‌ها: بدین منظور محلول‌های ترکیبی کیتوسان (CS)-پلی‌(‌وینیل الکل) (PVA)-سیتریک اسید (CA) با نسبت‌های وزنی 0.5:1:1 و 2:3:1 (CS:PVA:CA) تهیه و پس از الکتروریسی و تعیین نمونه بهینه، نانوسریا (CeO2) در محلول بهینه بارگذاری و الکتروریسی شدند. سپس، خواص شکل‌شناسی فیزیکی، زاویه تماس، یاخته‌سازگاری، نبود سمیت یاخته‌ای و خاصیت ضدباکتریایی لایه‌های حاصل بررسی شد. 
یافته‌ها: بررسی‌های فیزیکی-شکل‌شناسی نشان می‌دهد، نمونه CS:PVA:CA با نسبت 2:3:1 الکتروریسی‌شده  در ولتاژ 15kV  و فاصله 18cmبا قطر متوسط  29±175nm بهینه بوده و زاویه تماس حدود °42 نشان‌دهنده کاهش مناسب خاصیت آب‌دوستی و امکان حفظ تمامیت فیزیکی لایه است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی شکل‌شناسی بدون دانه‌تسبیحی با قطر متوسط38±274nm برای لایه نانولیفی CS:PVA:CA دارای %5/1 از NCeO2 را نشان داد. وجود نانوسریا در نمودار EDS و برهم‌کنش‌های بین گروه‌های عاملی در طیف‌های FTIR دیده شد. نتایج آزمون کشت یاخته‌ای حاکی از رشد و تکثیر مناسب یاخته‌های فیبروبلاست روی نمونه‌های بدون نانوسریا و دارای نانوسریاست. نتیجه آزمون MTT تأییدکننده نبود سمیت در هر دو نمونه است. بررسی‌های ضدباکتری نشان‌دهنده بهبود فعالیت ضدباکتری نانوالیاف دارای سریم ‌اکسید در برابر هر دو سویه باکتری گرم مثبت و گرم منفی است. به‌طور کلی نتایج نشان داد، وجود نانوسریا در نانوالیاف الکتروریسی‌شده کیتوسان-پلی‌(وینیل ‌الکل)-سیتریک اسید به‌وضوح سبب بهبود خواص زیستی به‌ویژه رفتار ضدباکتریایی لایه ‌نانولیفی به‌دست‌آمده شده ‌است که می‌تواند به‌عنوان زخم‌پوش مناسب برای کاربرد در ترمیم زخم استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Fabrication and characterization of nanofibrous scaffold based on chitosan containing cerium oxide nanoparticles for wound healing application

نویسندگان [English]

  • Adeleh Gholipour-Kanani 1
  • Azadeh Asefnejad 2
  • Kimiya Azadbakht 2
1 Department of Textile Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Postal Code 14778-93855, Tehran ,Iran
2
چکیده [English]

Hypothesis: Incorporating different types of nanoparticles, especially metal oxide nanoparticles, into the polymeric nanofiber substrate improves different properties of the web. In this research, citric acid is used as an environmentally friendly cross-linking agent to reduce the hydrophilic property of chitosan-polyvinyl alcohol web. Cerium oxide nanoparticles (nanoceria) as an antioxidant and antibacterial agent are used to increase the biological capabilities of the web for healing applications.
Methods: Chitosan (CS)/poly(vinyl alcohol) (PVA)/citric acid (CA) nanofibers with the mass ratios of 1:1:0.5 and 2:3:1 (CS:PVA:CA) were prepared and electrospun. Nanoceria was loaded into the optimal blend prepared for electrospinning. In continuation, the physical-morphological properties, cell compatibility, non-cytotoxicity, and antibacterial activity of the resulting webs were investigated.
Findings: Physical-morphological investigations show that the CS:PVA:CA (2:3:1) nanofiber which was electrospun under 15 kV and 18 cm is the optimal nanofiber with an average diameter of 175±29 nm. The contact angle is about 42 degrees, indicating a suitable decrease in hydrophilicity and maintaining the physical integrity of the web. The SEM images show a bead-less morphology with an average diameter of 274±38 nm for nanofibrous web containing 1.5% (by wt) CeO2. The presence of nanoceria and interactions of the functional groups in the components were evident in their EDS and FTIR spectra, respectively. The results of the cell-culturing demonstrate the proper growth and proliferation of fibroblast cells on both with and without-nanoceria webs. The result of the MTT test confirms the non-toxicity of both scaffolds. The antibacterial investigations show improvements in antibacterial activities of the nanofibers containing cerium-oxide against both gram-positive and gram-negative bacteria. In general, the results determined that the presence of nanoceria in chitosan-polyvinyl-alcohol-citric acid electrospun nanofibers has clearly improved the biological properties, especially the antibacterial behavior of the obtained web, so it can be used as a suitable dressing for wound healing application.

کلیدواژه‌ها [English]

  • chitosan
  • polyvinyl alcohol
  • citric acid
  • cerium oxide nanoparticles
  • antibacterial activity

مراجع

  1. Gholipour-Kanani A., Principles of Wound Healing and Advanced Dressing (Persian), ACECR, AUT Branch, Tehran, 1, 240, 2020.
  2. Rivero, G., Pereira da Cunha M.D.P.,  Caracciolo P.C.,  Abraham G.A., Nanofibrous Scaffolds for Skin Tissue Engineering and Wound Healing Applications, in Tissue Engineering Using Ceramics and Polymers, Boccaccini A.R., Ma P.X., and Liverani L. (Eds.), Woodhead, 3th ed., 645-681, 2022.
  3. De Farias B.S., Sant’Anna Cadaval Junior T.R., and De Almeida Pinto L.A., Chitosan-Functionalized Nanofibers: A Comprehensive Review on Challenges and Prospects for Food Applications, Int. J. Biol. Macromol., 123, 210-220, 2019.
  4. Shcherbakov A.B., Reukov V.V., Yakimansky A.V., Krasnopeeva
    E.L., Ivanova O.S., Popov A.L., and Ivanov V.K., CeO2 Nanoparticle-Containing Polymers for Biomedical Applications: A Review, Polymers, 13, 924, 2021.
  5. Farahmandjou M., Zarinkamar M., and Firoozabadi T.P., Synthesis of Cerium Oxide (CeO2) Nanoparticles Using Simple co-Precipitation Method, Rev. Mex. de Fis., 62, 496-499, 2016.
  6. Ermakov A., Popov A.,  ErmakovaO., Ivanova O.,  Baranchikov A., Kamenskikh K.,  Shekunova T., Shcherbakov A.,  Popova N. , and Ivanov V., The First Inorganic Mitogens: Cerium Oxide and Cerium Fluoride Nanoparticles Stimulate Planarian Regeneration via Neoblastic Activation, Mater. Sci. Eng. C., 104, 109924, 2019.
  7. Shields H.J., Traa A., and Van Raamsdonk J.M., Beneficial and Detrimental Effects of Reactive Oxygen Species on Lifespan: A Comprehensive Review of Comparative and Experimental Studies, Front. Cell Dev. Biol., 9, 2021.
  8. Samrot A.V., Ram Singh S.P., Deenadhayalan R., Rajesh V.V., Padmanaban S., and Radhakrishnan K., Nanoparticles, a Double-Edged Sword with Oxidant as Well as Antioxidant Properties and Mdash, A Review, Oxygen, 2, 591-604, 2022.
  9. Ghajarieh A., Habibi S., and Talebian A., Biomedical Applications of Nanofibers, Russ. J. Appl. Chem., 94, 847-872, 2021.
  10. Ranjbar-Mohammadi M. and Tajdar F., Gelatin/Polycaprolactone and Poly(vinyl alcohol)/Chitosan Hybrid Nanofibers: Determining Factors on Their Morphology, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 35, 203-216, 2022.
  11. Al-Jbour N.D., Beg M.D., Gimbun J.,  and Moshiul Alam A.K.M., An Overview of Chitosan Nanofibers and Their Applications in the Drug Delivery Process, Curr. Drug. Deliv., 16, 272-294, 2019.
  12. Chen J., Han S.,  Huang M., Resear J.L., Zhou M., and Hea J., Green Crosslinked Nanofibers Membrane Based on CS/PVA
    Combined with Polybasic Organic Acid for Tympanic Membrane Repair, Int. J. Polym. Mater. Polym. Biomater., 71, 291-301, 2022.
  13. Czibulya Z., Csík A., Tóth F., Pál P., Csarnovics I., Zelkó R., and  Hegedűs C., The Effect of the PVA/Chitosan/Citric Acid Ratio on the Hydrophilicity of Electrospun Nanofiber Meshes, Polymers, 13, 3557, 2021.
  14. Singh B., Kim K., and Park M.H., On-Demand Drug Delivery Systems Using Nanofibers, Nanomater., 11, 3411, 2021.
  15. Joseph B., Augustine R., Kalarikkal N., Thomas S., Seantier B., and Grohens Y., Recent Advances in Electrospun Polycaprolactone Based Scaffolds for Wound Healing and Skin Bioengineering Applications, Mater. Today Commun., 19, 319-335, 2019.
  16. Gholipour-Kanani A., Bahrami S.H., Samadi-Kochaksaraie A., Ahmadi-Tafti H., Rabbani S., Kororian A., and Erfani E., Effect of Tissue-Engineered Chitosan-Poly(vinyl alcohol) Nanofibrous Scaffolds on Healing of Burn Wounds of Rat Skin, IET Nanobiotechnol., 6, 129-135, 2012.
  17. Hussein M.A.M., Gunduz O., Sahin A., Grinholc M., Mohamed El-Sherbiny I., and Megahed M., Dual Spinneret Electrospun Polyurethane/PVA-Gelatin Nanofibrous Scaffolds Containing Cinnamon Essential Oil and Nanoceria for Chronic Diabetic Wound Healing: Preparation, Physicochemical Characterization and In-Vitro Evaluation, Molecules, 27, 2146, 2022.
  18. Najafi S., Gholipour-Kanani A., Eslahi N., and Bahrami H., Study on Release of Cardamom Extract as an Antibacterial Agent from Electrospun Scaffold Based on Sodium Alginate, J. Text. Inst., 112, 1482-1490, 2021.
  19. Can-Herrera L.A., Oliva A.I., Dzul-Cervantes M.A.A.,  Pacheco-Salazar O.F., and Cervantes-Uc J.M., Morphological and Mechanical Properties of Electrospun Polycaprolactone Scaffolds: Effect of Applied Voltage, Polymers, 13, 662, 2021.
  20. Li T.T., Yan M., Zhong Y., Ren H.T., Lou C.W., Huang S.Y.,and Lin J.H., Processing and Characterizations of Rotary Linear Needleless Electrospun Poly(vinyl alcohol) (PVA)/Chitosan (CS)/Graphene (Gr) Nanofibrous Membranes, J. Mater. Res. Technol., 8, 5124-5132, 2019.
  21. Salam, A., Khan M.Q., Hassan T., Hassan, N.  Nazir A., Hussain T., Azeem M., and  Kim I.S., In-Vitro Assessment of Appropriate Hydrophilic Scaffolds by co-Electrospinning of Poly(1,4-cyclohexane isosorbide terephthalate)/Poly(vinyl alcohol), Sci. Rep., 10, 19751, 2020.
  22. Narruddin W.N.H.B., Jaganathan S.K., Khudzari A.Z.M., and Ismail A.F., Effect of Solvent on the Physicochemical Properties of Electrospun Nanocomposite with Gamat Oil and Cerium Oxide for Potential Medical Engineering Application, J. Text. Inst., 112, 1545-1554, 2021.

 

مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 35، شماره 6 - شماره پیاپی 182
بهمن و اسفند 1401
صفحه 565-580

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار