Efecto antimicrobiano, citotóxico y potencial andamio de coberturas poliméricas nanoestructuradas como alternativa de tratamiento en heridas de la piel

Abstract

Las coberturas electrohiladas de alcohol polivinílico (PVA) son materiales prometedores para su aplicación en curación de heridas e ingeniería de tejidos, debido a que son biocompatibles con células humanas. Sin embargo, la baja estabilidad en agua de estas coberturas ha limitado su uso en el área biomédica. En este estudio se prepararon novedosas coberturas electrohiladas de PVA las cuales fueron reticuladas térmicamente (150 °C por 24 h) y caracterizadas por diferentes técnicas analíticas y cargadas con nanopartículas de óxido de plata (Ag2ONPs) e hidrocloruro de ciprofloxacina (CIP) de manera independiente y en combinación. El comportamiento de liberación de las Ag2ONPs y CIP se estudió por espectroscopía de absorción atómica y espectrofotometría UV-Visible, respectivamente. La actividad antimicrobiana de las coberturas se evaluó por el ensayo de curvas de letalidad contra cepas de referencia y bacterias multidrogorresistentes (MDR). La biocompatibilidad se determinó sobre fibroblastos dérmicos humanos (FDH) por el método de calceína/homodímero de etidio y el ensayo de bromuro de 3-(4,5- dimetiltiazol-2-ilo)-2,5-difeniltetrazol (MTT). Los resultados mostraron que el tratamiento de reticulación incrementó la temperatura de fusión y la cristalinidad de los materiales, así como su estabilidad en agua. Se encontró que el diámetro promedio de fibra de la cobertura de PVA sin agentes antimicrobianos fue de 412.50 nm y que la adición de CIP incrementó el diámetro. El análisis por difracción de rayos X confirmó la presencia de Ag2ONPs en las coberturas poliméricas, y los espectros de infrarrojo sugirieron que los agentes antimicrobianos interactúan con el PVA mediante fuerzas de Van der Waals. Las cinéticas de liberación mostraron que el CIP tiene una liberación tipo ráfaga durante los primeros 30 min, seguido de una liberación sostenida, mientras que la concentración máxima de Ag en buffer de fosfatos se alcanzó a las 2 h de inmersión. Se encontró que la cobertura cargada con la combinación de Ag2ONPs y CIP tiene un efecto sinérgico al requerirse menores concentraciones de los agentes antimicrobianos, así como menor tiempo para inhibir el crecimiento de bacterias MDR en comparación con sus similares cargadas únicamente con Ag2ONPs o CIP. Además, las coberturas son biocompatibles con los FDH al no alterar su morfología ni metabolismo mitocondrial, lo cual sugiere que estos materiales podrían ser utilizados como andamios celularizados para el tratamiento de heridas abiertas de la piel.

Polyvinyl alcohol (PVA) electrospun membranes are promising materials for application in wound healing and tissue engineering because they are biocompatible with human cells. However, the poor stability in aqueous medium of these membranes has limited their use in the biomedical area. In this study, novel electrospun PVA membranes thermally crosslinked (150 °C for 24 h) and characterized by different analytical techniques were loaded with silver oxide nanoparticles (Ag2ONPs) and ciprofloxacin hydrochloride (CIP) prepared independently and in combination. The release behavior of Ag2ONPs and CIP was studied by atomic absorption spectroscopy and UV-Visible spectrophotometry, respectively. The antimicrobial activity of the membranes was evaluated by the time-kill assay against reference strains and multidrug resistant (MDR) bacteria. Biocompatibility was determined on human dermal fibroblasts (HDF) by the calcein/ethidium homodimer method and the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazole bromide (MTT) assay. The results showed that the crosslinking treatment increased the melting temperature and crystallinity of the materials, as well as their stability in water. It was found that the average fiber diameter of the PVA membrane without antimicrobial agents was 412.50 nm, and that the addition of CIP increased the diameter. X-ray diffraction analysis confirmed the presence of Ag2ONPs in the polymeric membranes, and infrared spectra suggested that antimicrobial agents interact with PVA through Van der Waals forces. The release kinetics of CIP from the electrospun membranes showed a burst release during the first 30 min followed by a sustained release, while the maximum Ag concentration in phosphate buffer was reached after 2 h of immersion. It was found that the PVA electrospun membranes loaded with the combination of Ag2ONPs and CIP, have a synergistic effect since lower concentrations of antimicrobial agents are required, as well as shorter time to inhibit the growth of MDR bacteria compared to their counterparts loaded only with Ag2ONPs or CIP. Furthermore, the membranes are biocompatible with HDF since they do not alter neither morphology nor mitochondrial metabolism, suggesting that these materials could be used as cellularized scaffolds for wounds treatment.