Rilascio controllato di farmaci e adesione cellulare per la rigenerazione del tessuto osseo mediante scaffold Keplerate poliossometallato (Mo132)/metronidazolo/PMMA

Nov 13, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14443 (2022) Citare questo articolo

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Lo scopo di questo studio è quello di fabbricare una nuova impalcatura adeguata per la rigenerazione dei tessuti con attività antimicrobica e capacità di somministrazione controllata di farmaci. A questo proposito, sono state prodotte nanofibre per impalcature utilizzando poli (metil metacrilato) (PMMA), Mo132 come poliossometallato keplerato e metronidazolo. Gli scaffold finali, ottenuti mediante elettrofilatura, rappresentano le caratteristiche intrinseche tra cui eccezionale resistenza alla trazione raddoppiata, elevata idrofilicità (da 126 ± 5,2° a 83,9 ± 3,2° per l'angolo di contatto e da 14,18 ± 0,62% a 35,62 ± 0,24% per l'assorbimento di acqua), adeguata bioattività e adesione cellulare. Inoltre, l'aggiunta di Mo132 e metronidazolo aumenta il tasso di biodegradazione degli scaffold risultanti rispetto alla membrana PMMA pura. Il rilascio controllato di metronidazolo nell'arco di 14 giorni inibisce efficacemente la colonizzazione di microrganismi anaerobici. Nel complesso, i risultati dimostrano l’elevato potenziale del Mo132 e dell’impalcatura PMMA caricata con metronidazolo per la rigenerazione ossea guidata/rigenerazione guidata dei tessuti.

Le procedure di rigenerazione ossea guidata (GBR)/rigenerazione guidata tissutale (GTR) si stanno trasformando in un metodo standard per la terapia ossea o tissutale. Queste procedure utilizzano una membrana barriera per dirigere la crescita di nuovo osso o tessuto1,2. I difetti ossei rappresentano un grave problema per la salute a causa del danno dei tessuti ossei causato dalla colonizzazione batterica nel sito della ferita. Pertanto, è auspicabile una membrana altamente biocompatibile per la somministrazione locale degli antibiotici3. D'altra parte, una delle questioni più impegnative negli studi nanobiotecnologici è la mancanza di vettori efficaci e sicuri nella somministrazione dei farmaci4,5,6. Finora sono stati utilizzati molti composti con proprietà specifiche per la somministrazione di farmaci, in particolare tra questi figurano anche i poliossometallati (POM)7,8,9.

I POM, come ossidi metallici polimetallici basati sui primi metalli di transizione, sono agenti biomedici interessanti grazie alla loro versatile bioattività, struttura molecolare, composizione, solubilità, proprietà elettriche e reattività che conferiscono funzioni antibatteriche, antitumorali e antivirali10,11,12,13, 14. La capacità di sintetizzare i POM con struttura molecolare sintonizzabile e proprietà fisico-chimiche da precursori prontamente disponibili è il vantaggio unico dei POM rispetto ai farmaci attuali15,16,17,18. Sebbene i POM rappresentino promettenti attività antitumorali e antivirali, la loro applicazione biomedica è limitata. Ciò è dovuto ai loro effetti collaterali tossici a dosaggi più elevati e alle interazioni non specifiche con le biomolecole attraverso le loro strutture caricate negativamente con una superficie piuttosto omogenea di atomi di ossigeno strettamente ravvicinati19,20. Pertanto, lo sviluppo di metodi nuovi, sicuri e innovativi per una terapia POM più sicura ed efficace attraverso il miglioramento della loro bioattività e la riduzione dei loro effetti collaterali tossici è di grande interesse21. Pertanto, i POM sono potenziali candidati per l’uso nelle scienze biologiche, tra cui il rilascio di farmaci e l’adesione cellulare per la rigenerazione del tessuto osseo.

Inoltre, va notato che i composti con reti tridimensionali contenenti fori e canali su scala nanometrica possono fungere da filtri e trappole/ospiti per ospiti molecolari. Questi composti possono essere utilizzati nella separazione, conservazione e trasporto dei farmaci22,23. Le nanocapsule sferiche porose e le specie nanometriche discrete del tipo {(MVI)MVI5}12(linker)30 (M = Mo o W e linker = Mo2, Fe, VO, Cr o Ln), chiamate "Keplerate", sono strutturalmente ben definita. I POM Keplerate possono essere considerati cellule artificiali perché sono in grado di interagire in modo specifico con l'ambiente24,25,26,27,28. Queste nanocapsule porose anioniche possono essere ottenute con diversi controioni (la maggior parte hanno sintesi facili) con le caratteristiche sopra menzionate. Ancora più importante, i venti pori di tipo {Mo9O9} con funzioni simili all'etere corona possono quindi essere chiusi in modo non covalente nei Keplerati collegandoli con ospiti cationici in modo supramolecolare29,30. Il Mo132, (NH4)42[MoVI72MoV60O372(CH3COO)30(H2O)72], è un Keplerato con nucleo isopoliossomolibdato gigante cavo che può essere ricoperto da gusci di cationi idrofobici o idrofili tramite autoassemblaggio31,32. Un percorso per incorporare nanocapsule caricate negativamente nelle membrane a doppio strato lipidico tramite autoassemblaggio è stato dimostrato tramite simulazioni di dinamica molecolare33. Inoltre, la tossicità del Mo132 viene studiata mediante analisi del sangue periferico degli animali ed è stato proposto il suo utilizzo come contenitore o nucleo per il trasporto di farmaci34. Pertanto, è possibile utilizzare i Keplerati nella somministrazione di farmaci mediante opportuni controioni (tensioattivi).