日本語AIでPubMedを検索
メトホルミン塩酸塩の徐放性を制御して線維化を緩和し、創傷治癒を促進するための二重機能を持つ3層構造の足場の設計、作製、最適化
Design, fabrication, and optimization of a dual function three-layer scaffold for controlled release of metformin hydrochloride to alleviate fibrosis and accelerate wound healing.
PMID: 32590170 DOI: 10.1016/j.actbio.2020.06.031.
抄録
コラーゲンとフィブロネクチンの過剰発現によって引き起こされる創傷治癒の異常は、すべての治療法の主要な合併症である線維化につながる。3層のナノファイバー足場が設計され、最適化され、製造された。この足場は、側面に2つの支持性ポリカプロラクトン（PCL）-キトサン層、中央にポリビニルアルコール（PVA）-メトホルミン塩酸塩（メトホルミン-塩酸塩）で構成されています。足場の機械的特性、分解性、膨潤性、インビトロでの薬物放出などの物理化学的特性を評価した。さらに、メトホルミン-HClとTween80に対する細胞生存率、足場の生体適合性、細胞接着性、抗菌活性などの生物学的試験を行った。ラットのドーナツ型シリコンスプリントを用いて、メトホルミン-HCl（MSc+Met）を担持した足場の創傷治癒効果を評価した。また、組織病理学的、免疫組織化学的評価、および線維化マーカーのmRNA発現レベルについても検討した。SEM画像からは、均一でビーズのない形態と高い空隙率が示された。Tween80による足場の表面修飾は、表面の親水性を改善し、線維芽細胞の接着と増殖を促進した。MSc+Metでは、15日目の瘢痕面積が他の群に比べて有意に低かった。病理組織学的・免疫組織化学的評価の結果、MSc+Met群が最も優れており、炎症が有意に低く、血管新生が高く、瘢痕の幅と深さが最も小さく、上皮形成スコアが最大で、コラーゲン密度の最適な変調が認められた。メトホルミン-HClの局所投与は、線維化関与遺伝子であるトランスフォーミング成長因子（TGF-β1）、コラーゲン1型（Col-I）、フィブロネクチン、コラーゲン3型（Col-III）、α平滑筋アクチン（α-SMA）の発現を実質的にダウンレギュレートした。これらの遺伝子を阻害することで、傷の形成は緩和されるが、創傷治癒は遅延することから、創傷治癒の遅延を防ぐために人工足場を用いた。これらの結果は、線維化の緩和と創傷治癒の促進という二重の役割を果たす抗線維性徐放性足場の導入を初めて可能にした証拠となった。
Abnormal wound healing caused by the over-expression of collagen and fibronectin leads to fibrosis, the major complication of all treatment modalities. A three-layer nanofiber scaffold was designed, optimized, and fabricated. This scaffold comprised two supportive polycaprolactone (PCL)-chitosan layers on the sides and a polyvinyl alcohol (PVA)-metformin hydrochloride (metformin-HCl) in the middle. The physico-chemical properties of scaffold, such as mechanical characteristics, degradation, swelling, and in-vitro drug release, were evaluated. The biological tests, including cell viability in response to metformin-HCl and Tween 80, scaffold biocompatibility, cell attachment, and antibacterial activity, were further conducted. The wound healing effect of scaffold loaded with metformin-HCl (MSc+Met) was assessed in donut-shaped silicone splints in rats. Histopathological and immunohistochemical evaluation as well as mRNA expression levels of fibrosis markers were also studied. SEM images indicated a uniform, bead-less morphology and high porosity. Surface modification of scaffold by Tween 80 improved the surface hydrophilicity and enhanced the adhesion and proliferation of fibroblasts. The scar area on day 15 in MSc+Met was significantly lower than that of other groups. Histopathological and immunohistochemical evaluation revealed that group MSc+Met was the best, having significantly lower inflammation, higher angiogenesis, the smallest scar width and depth, maximum epitheliogenesis score, and the most optimal modulation of collagen density. Local administration of metformin-HCl substantially down-regulated the expression of fibrosis-involved genes: transforming growth factor (TGF-β1), collagen type 1 (Col-I), fibronectin, collagen type 3 (Col-III), and alpha-smooth muscle actin (α-SMA). Inhibiting these genes alleviates scar formation but delays wound healing; thus, an engineered scaffold was used to prevent delay in wound healing. These results provided evidence for the first time to introduce an anti-fibrogenic slow-releasing scaffold, which acts in a dual role, both alleviating fibrosis and accelerating wound healing.
Copyright © 2020. Published by Elsevier Ltd.