Kontrollierte Arzneimittelabgabe und Zelladhäsion für die Regeneration von Knochengewebe durch Keplerat-Polyoxometallat (Mo132)/Metronidazol/PMMA-Gerüste

Nov 13, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 14443 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Das Ziel dieser Studie ist die Herstellung eines neuen Gerüsts, das für die Geweberegeneration mit antimikrobieller Aktivität und der Fähigkeit zur kontrollierten Arzneimittelabgabe geeignet ist. In diesem Zusammenhang wurden Gerüstnanofasern unter Verwendung von Poly(methylmethacrylat) (PMMA), Mo132 als Keplerat-Polyoxometallat und Metronidazol hergestellt. Die durch Elektrospinnen erhaltenen endgültigen Gerüste stellen die intrinsischen Merkmale dar, darunter eine außergewöhnliche Verdoppelung der Zugfestigkeit, eine hohe Hydrophilie (126 ± 5,2° bis 83,9 ± 3,2° für den Kontaktwinkel und 14,18 ± 0,62 % bis 35,62 ± 0,24 % für die Wasseraufnahme) und eine ordnungsgemäße Bioaktivität und Zelladhäsion. Darüber hinaus erhöht die Zugabe von Mo132 und Metronidazol die biologische Abbaurate der resultierenden Gerüste im Vergleich zur reinen PMMA-Membran. Die kontrollierte Freisetzung von Metronidazol über 14 Tage hemmt wirksam die Besiedlung anaerober Mikroorganismen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse ein hohes Potenzial des mit Mo132 und Metronidazol beladenen PMMA-Gerüsts für die gesteuerte Knochenregeneration/gesteuerte Geweberegeneration.

Die Verfahren der geführten Knochenregeneration (GBR)/geführten Geweberegeneration (GTR) entwickeln sich zu einer Standardmethode für die Knochen- oder Gewebetherapie. Bei diesen Verfahren wird eine Barrieremembran verwendet, um das Wachstum von neuem Knochen oder Gewebe zu steuern1,2. Knochendefekte stellen ein großes Gesundheitsrisiko dar, da das Knochengewebe durch bakterielle Besiedelung an der Wundstelle geschädigt wird. Daher ist eine hoch biokompatible Membran für die lokale Abgabe von Antibiotika wünschenswert3. Andererseits ist eines der größten Probleme bei nanobiotechnologischen Studien der Mangel an wirksamen und sicheren Trägern für die Arzneimittelverabreichung4,5,6. Bisher wurden viele Verbindungen mit spezifischen Eigenschaften für die Arzneimittelabgabe verwendet, darunter insbesondere auch Polyoxometallate (POMs)7,8,9.

POMs sind als polymetallische Metalloxide auf Basis früher Übergangsmetalle interessante biomedizinische Wirkstoffe aufgrund ihrer vielseitigen Bioaktivität, Molekülstruktur, Zusammensetzung, Löslichkeit, elektrischen Eigenschaften und Reaktivität, die antibakterielle, krebsbekämpfende und antivirale Funktionen verleihen10,11,12,13, 14. Die Fähigkeit, POMs mit einstellbarer Molekülstruktur und physikochemischen Eigenschaften aus leicht verfügbaren Vorläufern zu synthetisieren, ist der einzigartige Vorteil von POMs gegenüber aktuellen Medikamenten15,16,17,18. Obwohl POMs vielversprechende Antikrebs- und antivirale Aktivitäten darstellen, ist ihre biomedizinische Anwendung begrenzt. Dies ist auf ihre toxischen Nebenwirkungen bei höheren Dosierungen und die unspezifischen Wechselwirkungen mit Biomolekülen über ihre negativ geladenen Strukturen mit einer eher homogenen Oberfläche aus dicht gepackten Sauerstoffatomen zurückzuführen19,20. Daher ist die Entwicklung neuartiger, sicherer und innovativer Wege für eine sicherere und wirksamere POM-Therapie durch Verbesserung ihrer Bioaktivität und Reduzierung ihrer toxischen Nebenwirkungen von großem Interesse21. Daher sind POMs potenzielle Kandidaten für den Einsatz in den Biowissenschaften, einschließlich der Arzneimittelabgabe und Zelladhäsion zur Knochengeweberegeneration.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass Verbindungen mit dreidimensionalen Netzwerken, die Löcher und Kanäle im Nanomaßstab enthalten, als Filter und Fallen/Wirte für molekulare Gäste dienen können. Diese Verbindungen können zur Trennung, Lagerung und zum Transport von Arzneimitteln verwendet werden22,23. Die porösen kugelförmigen Nanokapseln und diskreten Nanospezies vom Typ {(MVI)MVI5}12(Linker)30 (M = Mo oder W und Linker = Mo2, Fe, VO, Cr oder Ln), die als „Keplerate“ bezeichnet werden, sind strukturell klar definiert. Keplerat-POMs können als künstliche Zellen betrachtet werden, da sie in der Lage sind, gezielt mit ihrer Umgebung zu interagieren24,25,26,27,28. Diese anionischen porösen Nanokapseln können mit verschiedenen Gegenionen (meist durch einfache Synthese) mit den oben genannten Eigenschaften erhalten werden. Noch wichtiger ist, dass die zwanzig Poren vom {Mo9O9}-Typ mit kronenetherähnlichen Funktionen daher in Kepleraten nichtkovalent geschlossen werden können, indem sie auf supramolekulare Weise mit kationischen Gästen verstopft werden29,30. Das Mo132, (NH4)42[MoVI72MoV60O372(CH3COO)30(H2O)72], ist ein Keplerat mit einem hohlen riesigen Isopolyoxomolybdatkern, der durch Selbstorganisation von hydrophoben oder hydrophilen Schalen aus Kationen bedeckt sein kann31,32. Ein Weg zur Einbettung negativ geladener Nanokapseln in Lipiddoppelschichtmembranen durch Selbstorganisation wurde durch Molekulardynamiksimulationen demonstriert33. Darüber hinaus wird die Toxizität von Mo132 durch Analyse des peripheren Blutes von Tieren untersucht und seine Verwendung als Behälter oder Kern für den Transport von Medikamenten vorgeschlagen34. Somit ist es möglich, die Keplerate bei der Arzneimittelabgabe durch geeignete Gegenionen (Tenside) zu verwenden.

Ein weiteres wichtiges Thema bei GBR ist die Wahl des richtigen Antibiotikums. Metronidazol (MTN) hat als eine Art Nitroimidazol große Aufmerksamkeit erregt und könnte für diesen Zweck eingesetzt werden. MTN neigt dazu, in Tumorregionen einzudringen und sich dort anzusammeln. Diese Verbindung kann einer Bioreduktion zu elektrophilen Substanzen unterliegen und so Proteine ​​und Nukleinsäuren schädigen35,36. In früheren Studien haben MTN und seine Derivate die attraktive Möglichkeit gezeigt, als Träger bei der gezielten Arzneimittelabgabe für die Krebstherapie zu fungieren37,38,39,40.

Beim GBR-Verfahren sollte die geeignete Membran aus biologisch abbaubaren und biokompatiblen Materialien mit geeigneter Porengröße und Porosität, angemessenen mechanischen und physikalischen Eigenschaften und Osteokonduktivität bestehen. Der Einsatz polymerer Mikro-/Nanostrukturen könnte eine vielversprechende Idee sein, die diesen Anforderungen angemessen gerecht wird. Polymere Mikro-/Nanostrukturen haben als Arzneimittelabgabesysteme große Aufmerksamkeit erregt41,42. Die Systeme, die polymere Mikro-/Nanostrukturen verwenden, basieren auf der vergrößerten Oberfläche von Arzneimittelträgern und der Kontrolle der Arzneimittelauflösungsraten. In diesem Zusammenhang könnte Elektrospinnen zur Umwandlung supramolekularer Mischungen in verschiedene Mikro-/Nanostrukturen mit mehreren wünschenswerten Eigenschaften wie einem hohen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, flexiblen funktionellen Oberflächengruppen, einstellbaren Oberflächeneigenschaften und ausgezeichneter mechanischer Leistung verwendet werden. Diese Mikro-/Nanostrukturfasern könnten geeignete Optionen für verschiedene Anwendungen bieten. Daher ist die Synthese geeigneter supramolekularer Gele für den Einsatz von POMs in diesen polymeren Mikro-/Nanostruktur-Arzneimittelabgabesystemen besonders wichtig.

In der vorliegenden Studie wird ein supramolekulares Gel durch Selbstorganisation von Tensiden und MTN-verkapseltem Keplerat-POM (Mo132) synthetisiert. Anschließend wird das teilweise polymerisierte Gel durch Elektrospinnen in Mikro-/Nanofasern umgewandelt, um eine Plattform für die kontrollierte Abgabe von eingebettetem POM und MTN bereitzustellen (Abb. 1). Die mechanischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften, das Arzneimittelfreisetzungsverhalten und die In-vitro-Biokompatibilität dieser Nanofasern werden untersucht, um ihre potenzielle Anwendung für GBR-Membranen zu bewerten.

Schematische Darstellung der verwendeten Synthese- und Herstellungsstrategie für die Entwicklung von NF-Nanofasergerüsten.

3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT; Sigma, Saint Louis, USA), Hydrazinsulfat, Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat, Ammoniumacetat, Essigsäure, Tetrabutylammoniumbromid (TBAB), Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB), Methylmethacrylat (MMA), Benzoylperoxid (BPO) und alle verwendeten Lösungsmittel wurden von Sigma-Aldrich oder einigen anderen Chemieunternehmen gekauft. Alle anderen Chemikalien waren analysenrein und wurden ohne weitere Reinigung angewendet. Metronidazol (MTN) wurde von der Amin-Apotheke (Iran) gekauft.

Um die chemische Zusammensetzung von Nanofasern zu bestätigen, wurde Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR; JASCO FT/IR-680 PLUS) über einen Bereich von 400–4000 cm−1 und eine Auflösung von 2 cm−1 durchgeführt. Die Pulverröntgenbeugung (XRD) wurde mit dem Röntgendiffraktometer X'Pert Pro (Phillips, Niederlande) mit CuK-Strahlung (k = 0,15406 nm) bei einer Generatorspannung von 40 kV und einem Strom von 40 mA durchgeführt. Die thermische Die Stabilität von Nanofasern wurde durch thermogravimetrische Analyse (TGA; Rheometrische wissenschaftliche 1998, USA) untersucht. Die Nanofasern wurden mit einer Heizrate von 10 °C/min von 30 auf 800 °C erhitzt und die Gewichtsverluste der Proben während des Tests wurden verwendet Berechnungen. Die Oberflächenmorphologie von Nanofasern wurde durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM)-Analyse mit einem Philips XL30 SEM beobachtet. Die Nanofasern wurden mit einer dünnen Goldschicht beschichtet, bevor sie unter dem Mikroskop beobachtet wurden, und die Größe des Faserdurchmessers wurde mit der Image J-Software gemessen auf SEM-Aufnahmen an 20 zufälligen Orten. Die Oberflächen wurden mit der BET-Gleichung berechnet und die Porengrößenverteilungskurven wurden mit der BJH-Methode berechnet. Das Porenvolumen wurde auf bis zu P/P0 = 0,98 geschätzt.

Die mechanischen Eigenschaften verschiedener Nanofasern wurden durch Zugfestigkeitstests (INSTRON, Zwick, Vereinigtes Königreich) mit einer Belastungskapazität von 10 N und einer Geschwindigkeit von 10 mm/min bewertet. Proben mit Abmessungen von 70 mm × 10 mm wurden in rechteckigen Stücken hergestellt. Für jede Nanofaserzusammensetzung wurden mindestens 3 Proben hergestellt. Aus den Spannungs-Dehnungs-Kurven wurden Zugfestigkeit, Zugmodul und Bruchdehnung ermittelt. Der Zugmodul wurde aus der Steigung des anfänglichen linearen Teils der Spannungs-Dehnungs-Kurve bestimmt, während die Bruchdehnung beim Versagen der Proben ermittelt wurde. Die Proben wurden ausgewertet, um den Mittelwert und die Standardabweichung (SD) für jede Nanofaser zu ermitteln. Die elektrische Leitfähigkeit wurde mit einem Schott-Leitfähigkeitsmessgerät (CG885) gemessen. Die elektrische Leitfähigkeit der Gerüstlösungen mit unterschiedlichen Mo132-Prozentsätzen wurde nach Herstellung vollständig einheitlicher Lösungen bei 30 °C mit dem Leitfähigkeitsmessgerät gemessen.

Die Synthese von [(NH4)42[Mo132O372(CH3COO)30(H2O)72]∙300H2O (Mo132) wurde gemäß der Literatur31 durchgeführt. Rotbraune Kristalle von Mo132 (3,3 g) wurden nach einer Woche unter Verwendung von Hydrazin (0,8 g), Ammoniumheptamolybdat-Tetrahydrat (5,6 g) und Ammoniumacetat (12,5 g) in entionisiertem Wasser (250 ml) und anschließend Essigsäure (50 %) synthetisiert. , 83 ml). Im nächsten Schritt wurden CTAB (0,109 g, 0,3 mmol), TBAB (0,097 g, 0,3 mmol) und MTN (0,428 g) in Chloroform (20 ml) und Mo132 (gemäß Tabelle S1: 0, 83, 166) gegeben bzw. 332 mg für NF1, NF2, NF3 und NF4) wurde in entionisiertes Wasser (10 ml) gegeben. Im nächsten Schritt wurde die organische Phase unter Rühren in die Lösung von Mo132 POM gegeben. Nach drei Stunden wurde die Mischung 15 Minuten lang bei 10.000 U/min zentrifugiert und der Niederschlag mit entionisiertem Wasser gewaschen (viermal). Schließlich wurde der Niederschlag bei 40 °C getrocknet und das resultierende Pulver in Chloroform (1 ml) gelöst. BPO (20 mg) wurde zur Polymerisation in MMA (1 ml) gegeben und die resultierende Lösung in den ersten Behälter gegeben. Die resultierende Mischung wurde drei Stunden lang bei 70 °C im Ofen aufbewahrt.

Um die Nanofasern durch einen Elektrospinning-Prozess herzustellen, wurde das hergestellte Gel mit einer gewissen Menge Lösungsmittel (Chloroform) geschüttelt, um Sol zu bilden. Für den Elektrospinning-Prozess wurde das resultierende Sol mithilfe einer Spritzenpumpe in eine 1-ml-Spritze mit einer stumpfen 23-G-Edelstahlnadel gefüllt. Die Lösung wurde aus einer 1-ml-Spritze mit einer stumpfen 23-G-Edelstahlnadel unter Verwendung einer Spritzenpumpe mit einer Durchflussrate von 1 ml/h injiziert. Zwischen der Nadel und dem rotierenden Kollektor, der mit Aluminiumfolie ausgelegt ist, wurde eine optimierte Hochspannung (16–18 kV) mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 80 U/min angelegt. Der Abstand zwischen Nadel und Kollektor betrug 18 cm und wurde während des Elektrospinnvorgangs konstant gehalten.

Die Hydrophilie der MTN-beladenen PMMA/Mo132-Nanofasern wurde mithilfe von Wasserkontaktwinkelmessungen (n = 3) mit dem Image J Software-Kontaktwinkelanalysator bewertet. Ein destillierter Wassertropfen mit einer Größe von ca. 5 µl aus einer Spritze wurde bei Raumtemperatur vorsichtig auf die Oberfläche der Membranen gegeben. Nach einem Zeitraum von 10 s wurde der Kontaktwinkel aufgezeichnet.

Um die Menge der Wasseraufnahme zu berechnen, wurden die vorgewichteten Membranen (W0) etwa eine Stunde lang in entionisiertes Wasser (T = 37 °C) getaucht, um vollständig aufzuquellen. Anschließend wurden die Proben entnommen, das überschüssige Wasser abgewischt und gewogen (Wd). Die Menge der Wasseraufnahme (n = 3) wurde anhand der folgenden Gleichung43 berechnet:

Eine bekannte Masse an Nanofasern wurde in DMSO (3 ml) gelöst, um die Wirkstoff- oder POM-Einkapselungseffizienz der Nanofasern zu bestimmen. Die Lösung wurde zentrifugiert und dann wurde der flüssige Überstand mit einem Ultraviolett-Vis-Spektrophotometer (UV-Vis; V-630, JASCO, Japan) bei einer optimalen Wellenlänge von 318 nm nachgewiesen. Dieser Prozess wurde auch für Nanofasern ohne MTN oder Keplerate POM im gleichen Gewicht durchgeführt, um eine unvorhersehbare Absorption anderer Inhaltsstoffe auszuschließen. Die Menge an MTN und Mo132 wurde aus ihren Kalibrierungskurven ermittelt. Die Verkapselungseffizienz wurde anhand der folgenden Gleichung berechnet:

Um die Wirkstofffreisetzungsprofile zu bestimmen, wurden Fasern in Kreise mit 2 cm Durchmesser geschnitten, genau gewogen und in 5 ml Phosphatpuffer-Kochsalzlösung (PBS) (pH 7,4) getaucht und dann in ein Wasserbad bei 37 °C gelegt. Anschließend wurde 1 ml PBS-Lösung entnommen und in ausgewählten vorgegebenen Zeitintervallen mit UV-Vis bei der optimalen Wellenlänge von 318 nm analysiert. Die verbleibende Lösung wurde entfernt und durch weitere 5 ml frisches PBS ersetzt. Die Menge des freigesetzten Arzneimittels wurde anhand der Kalibrierungskurve von MTN in PBS unter Verwendung eines UV-Vis-Spektrophotometers bestimmt.

Um das biologische Abbauprofil der Membranen zu erhalten, wurden sie in kreisförmige Proben mit einem Durchmesser von 2 cm geschnitten, genau gewogen (W0) und in 5 ml PBS bei 37 °C eingetaucht. Anschließend wurden die Proben zu ausgewählten vorgegebenen Zeiten vorsichtig entnommen, dreimal mit entionisiertem Wasser gewaschen, bei 40 °C vollständig getrocknet und erneut gewogen (Wd). Der Gewichtsverlust jeder Probe wurde gemäß der folgenden Gleichung berechnet:

Die In-vitro-Bioaktivität von Membranen wurde charakterisiert, indem sie 28 Tage lang in einer simulierten Körperflüssigkeitslösung (SBF) mit einem pH-Wert von 7,4 bei einer konstanten Temperatur von 37 °C eingeweicht wurden. Der SBF wurde mit der von Kokubo und Takadama44 entwickelten Methode hergestellt. Anschließend wurden die Proben extrahiert und 24 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet. Die Morphologie getrockneter Proben wurde durch SEM charakterisiert und die chemische Zusammensetzung der Apatitschicht auf der Oberfläche der Membranen wurde durch FT-IR-Analyse bestätigt.

Zur Beurteilung der Lebensfähigkeit der Zellen wurde ein MTT-Assay gemäß den Anweisungen des Herstellers verwendet. Nach 1, 3 und 7 Tagen Kultur wurden die Proben 3 Stunden lang in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) und MTT (1:1)-Lösungen bei 37 °C unter CO2-Atmosphäre (5 %) eingeweicht. Anschließend wurde der Lösung DMSO (5 ml) zugesetzt, um die violetten Formazankristalle aufzulösen. Schließlich wurden 100 µL der Lösung in Kulturplatten mit 96 Vertiefungen überführt und die optische Dichte bei 570 nm mit einem ELISA-Lesegerät (Stat Fax-2100; GMI, Inc., Miami, FL, USA) gemessen.

Um die Zellaussaat zu ermöglichen, wurde jede Probe in einen Kreis mit 1,5 cm Durchmesser geschnitten, mit phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) gewaschen, 20 Minuten lang ultraviolettem Licht ausgesetzt und in die 24-Well-Platte gegeben. Menschliche osteoblastenähnliche Zellen, MG-63, von der National Cell Bank of Iran am Pasteur Institute wurden in Dulbecco's Modification of Eagles Medium (DMEM; GIBCO, Schottland) resuspendiert, ergänzt mit 10 % (v/v) fötalem Rinderserum ( FBS; Gibco, Renfrewshire, Schottland) und 1 % (v/v) Penicillin (Sigma, Saint Louis, USA)/Streptomycin (Sigma, Saint Louis, USA) bei 37 °C in einem befeuchteten Inkubator mit 5 % CO2. Das Kulturmedium wurde alle 3 Tage erneuert.

Die Morphologie der MG-63-Zellen wurde mittels REM nach 7-tägiger Kultur mit den Proben (2 × 104 Zellen/cm2) beobachtet. Um dies zu erreichen, wurden die Proben mit PBS gewaschen und die Zellen durch Einweichen in einer Lösung von Glutaraldehyd (2,5 %) in PBS (0,1 M) für 3 Stunden bei 4 °C fixiert und anschließend mit Osmiumtetroxid (0,1 %) nachfixiert. ) in PBS (0,1 M) für 30 Minuten45. Anschließend wurden die Proben mit PBS gewaschen, mit abgestuftem Ethanol (30 %, 70 %, 90 %, 95 % und 100 % Ethanol; jeder Schritt 10 Minuten) dehydriert und schließlich bei Raumtemperatur getrocknet.

Um die qualitative antibakterielle Leistung von Nanofasergerüsten zu messen, wurde die Agar-Diffusionsmethode gegen das gramnegative Escherichia coli eingesetzt. Parallel dazu wurde die antibakterielle Aktivität von NF4-Proben durchgeführt, indem scheibenförmige Proben (1 cm Durchmesser) Escherichia coli ausgesetzt und die Zone des gehemmten Bakterienwachstums um die Proben herum überwacht wurde. Hierzu wurden die Proben auf die mit Bakterien besäte Mueller-Hinton-Agarplatte (1,0 × 108 KBE/ml) aufgetragen und die Hemmzone der Proben nach 24-stündiger Inkubation bei 37 °C visuell untersucht.

Die chemische Struktur von Nanofasergerüsten wurde mittels FT-IR untersucht, um die chemische Wechselwirkung zwischen MTN und POM zu bewerten. Wie in Abb. 2 dargestellt, zeigt das FT-IR-Spektrum von PMMA-Nanofasergerüsten die charakteristischen Banden von PMMA. Drei Hauptabsorptionsbindungen von PMMA liegen bei 2850–2815 (O–CH3), 1650–1790 (–C=O) und 1430–1470 cm−1 (−CH3)46. Andererseits wurde bestätigt, dass der Elektrospinnprozess die Molekülstruktur von MTN, insbesondere ihre antibakterielle NO2-Gruppe, nicht veränderte. Absorptionsbanden bei 1535 und 1366 cm−1 werden der MTN NO2-Gruppe zugeschrieben47. In Abb. 1 gehören zusätzliche Banden für NF4 bei etwa 1546 (m, COO), 1407 (m), 936 (vs), 792 (m), 723 und 567 (s) cm−1 zur Mo132-Struktur31. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die molekulare Struktur von Nanofasern durch den Elektrospinnprozess nicht verändert. Darüber hinaus zeigt das FT-IR-Spektrum von NF1 aufgrund des Fehlens von Mo132 keine Bindungen von 1546, 1407, 936, 792, 723 und 567 cm−1. Das FT-IR-Spektrum von NF2 und NF3 zeigt auch deutlich die Existenz von PMMA, Mo132 und MTN in den Nanofasergerüsten.

Die FT-IR-Spektren von NF1, NF2, NF3 und NF4.

Die TGA-Diagramme für NF1-, NF2-, NF3- und NF4-Nanofasern sind ähnlich (Abb. S1). In diesen TGA-Diagrammen entsprechen die Gewichtsverluste bei 150 bis 210 °C der Zersetzung von MTN und anderen organischen Gruppen. NF4 und NF1 mit der höchsten bzw. niedrigsten Menge an Mo132 zeigen den höchsten bzw. niedrigsten Abbau im Temperaturbereich von 180 bis 230 °C. Im Mo132 ist der erste Gewichtsverlust auf die Acetatliganden der Struktur zurückzuführen. Darüber hinaus kommt es bei PMMA und POM zu Gewichtsverlusten um 380 °C. Dementsprechend bestätigt die TGA-Analyse die Hybridisierung von PMMA, MTN und POM.

Abbildung S2 zeigt das XRD-Muster von in POM/MTN eingebautem PMMA. Zwei Beugungspeaks bei etwa 18° und 50° sind charakteristische Peaks von teilkristallinem PMMA. Bei in MTN eingebautem PMMA nahm die relative Intensität der charakteristischen Peaks aufgrund der Abnahme der PMMA-Kristallinität ab. Außerdem wurden diese beiden Peaks leicht zu den niedrigeren Winkeln verschoben, wahrscheinlich aufgrund der Wechselwirkung zwischen PMMA, POM und MTN oder dem Einfangen von Mo132- und MTN-Molekülen zwischen den PMMA-Ketten. Charakteristische Beugungspeaks von MTN bei 12,2° und 13,8° bestätigen die Aggregation von MTN.

Die Oberflächenmorphologie von NF1, NF2, NF3 und NF4 sowie ihre Faserdurchmesserverteilung sind in Abb. 3 dargestellt. Faserdurchmesser, elektrische Leitfähigkeit verschiedener Elektrospinnlösungen und Porositätswerte verschiedener Nanofasergerüste sind ebenfalls in Tabelle S1 aufgeführt. Wie in Abb. 3 dargestellt, weist NF1 eine zufällig miteinander verbundene Struktur mit glatter Morphologie und gleichmäßiger Verteilung von elektrogesponnenen, perlenfreien Nanofasergerüsten auf. Die elektrische Leitfähigkeit der Spinnlösung wurde durch die Zugabe von POM erhöht, während der Faserdurchmesser und die Porosität der Nanofasergerüste verringert wurden (Tabelle S1). Mit zunehmender Mo132-Dosierung verringerte sich der durchschnittliche Faserdurchmesser von 445 ± 99 nm auf 368 ± 99 nm. Im Allgemeinen trägt der Elektrospinnstrahl eine große Anzahl elektrischer Ladungen. Somit unterstützt das elektrische Feld mehr Dehnungskräfte auf den Strahl. Dadurch wurde der Strahlweg länger und die Faserdurchmesser verringerten sich48. Die Leitfähigkeit spielt in dieser Studie eine wichtige Rolle, wenn CTAB, TBAB und POM in die Nanofasergerüste eingebaut werden. Daher nimmt der Faserdurchmesser mit zunehmender POM-Menge ab. Bei NF4 ist der Anstieg jedoch möglicherweise auf die Aggregation von POM zurückzuführen. Die Porosität im Bereich von 60–90 % reicht für die GTR-Membran aus, um den Nährstoffaustausch sicherzustellen49. Laut Tabelle S1 nimmt die Oberflächenporosität von Nanofasergerüsten mit zunehmendem POM-Gehalt ab, was auf die Verringerung der Faserdurchmesser der Nanofasern zurückzuführen ist. Tatsächlich könnten Fasern mit kleineren Durchmessern übereinander gelegt werden und somit eine geringere Porosität durch Füllen der Poren erreicht werden43. Hosseini et al. erklärten, dass eine Verringerung der Faserdurchmesser von Gerüsten zu einer geringeren Oberflächenporosität von Gerüsten führen kann, was mit den erzielten Ergebnissen übereinstimmt50.

REM-Bilder von NF1 (a), NF2 (b), NF3 (c) und NF4 (d) (Maßstabsbalken: 5 µm).

Die mechanischen Eigenschaften von Nanofasergerüsten gehören zu den wichtigen physikalischen Eigenschaften von GTR/GBR. Die GTR/GBR-Anwendungen müssen während der chirurgischen Eingriffe ausreichende mechanische Eigenschaften beibehalten. Abbildung 4 zeigt die typische Spannungs-Dehnungs-Reaktion der Nanofasern. Wie man sehen konnte, variiert die Zugfestigkeit von Nanofasern zwischen 6 ± 1 und 11,7 ± 3,2 MPa. Die Mo132-Anteile beeinflussen die Zugfestigkeit und Bruchdehnung der Nanofasern. Mit zunehmendem Mo132-Gehalt nehmen auch die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung zu. Beispielsweise wird die Zugfestigkeit für NF1 durch die Zugabe von Mo132 zum PMMA-Polymer von 6 ± 1 MPa auf 7,7 ± 3,2 MPa verbessert. Im Allgemeinen kann der Einbau von PMMA-Polymeren und anorganischen Partikeln wie POMs in organische Polymere die mechanischen Eigenschaften verbessern, z. B. Steifigkeit und Festigkeit von Polymeren51. Ähnliche Studien berichteten auch über die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in Nanokompositen, die POMs enthalten, im Vergleich zu reinem Polymer52. Durch die Wechselwirkung und Adhäsion zwischen POM und PMMA könnte deren Zugfestigkeit erhöht werden. Darüber hinaus können Mo132 und MTN als Füllstoffe in der Polymermatrix fungieren, was die Härte und Steifigkeit von Nanofasergerüsten erhöht. Tabelle S2 fasst die ultimative Zugfestigkeit, den Elastizitätsmodul und die Dehnung am Bruchpunkt der hergestellten Nanofaser zusammen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die mechanischen Eigenschaften der reinen PMMA-Nanofasern durch den Einbau unterschiedlicher Mo132-Gehalte verbessert werden könnten. Ein höherer Mo132-Gehalt (NF4) beeinflusst jedoch die gewünschten mechanischen Eigenschaften deutlich negativ. Dieser Effekt wird durch die Agglomeration von Nanopartikeln in Nanofasergerüsten verursacht.

Die Spannungs-Dehnungs-Kurven von NF1, NF2, NF3 und NF4.

Die Hydrophilie der Membran hat einen erheblichen Einfluss auf die Adhäsion und Proliferation von Zellen53. Das PMMA weist trotz guter Biokompatibilität eine geringe Hydrophilie auf. Um die Wirkung von MTN und Mo132 auf die Hydrophilie von Nanofasergerüsten zu beurteilen, wurden die Wasserkontaktwinkel gemessen und die Form von Wassertröpfchen auf der Oberfläche von Nanofasergerüsten beobachtet. Darüber hinaus wurde die Wasseraufnahme von Gerüsten gemäß der zugehörigen Gleichung berechnet. Tabelle S3 zeigt die Wasserkontaktwinkel und die Wasseraufnahme verschiedener Nanofasergerüste. Basierend auf den PMMA- und POM-Gehalten zeigen die Wasseraufnahmen und Kontaktwinkel für NF1- bis NF4-Nanofasergerüste eine Verbesserung von 14,18 ± 0,62 % auf 35,62 ± 0,24 % bzw. von 126 ± 5,2° auf 83,9 ± 3,2°. Der Einbau von hydrophilem MTN kann die Hydrophilie von Nanofasern verbessern. Dies entspricht den polaren Hydroxyl- und Imidazolgruppen am MTN-Molekül54. Das Vorhandensein von geladenem POM (Mo132) verbessert auch die Hydrophilie von Nanofasergerüsten55. Die Ergebnisse in Tabelle S3 stellen die verbesserte Hydrophilie der Nanozusammensetzung durch den Einbau von POM und MTN dar.

Die Wirkstoffverkapselungseffizienzen für unterschiedliche Mengen an Mo132 und MTN sind in Tabelle 1 aufgeführt. Basierend auf den Ergebnissen in Tabelle 1 zeigen alle Proben aufgrund der guten Wirkstoffdispersion in Nanofasern ausreichende Wirkstoffverkapselungseffizienzen. Dies wird auch durch XRD-Muster und FT-IR-Spektren dargestellt.

Das Arzneimittelfreisetzungsverhalten von Proben in PBS-Pufferlösung wurde über einen Zeitraum von 14 Tagen geschätzt. Abbildung 5 zeigt das kumulative Arzneimittelfreisetzungsverhalten dieser Nanofasergerüste. Die Freisetzung von etwa 70 Prozent der Arzneimittel innerhalb von 7 Tagen weist auf eine ausreichende Arzneimittelfreisetzung nach der Implantation des Gerüsts an der Defektstelle hin. Die erste Woche nach der Implantation ist eine anfällige Zeit für Infektionen. Daher wird eine hohe anfängliche Arzneimittelfreisetzung empfohlen, um Bakterien einige Tage nach der Implantation zu eliminieren56.

Arzneimittelfreisetzungsverhalten von NF1, NF2, NF3 und NF4 in PBS-Puffer über 14 Tage.

Während der zweiten Woche der Arzneimittelfreisetzung wurde das MTN linear freigesetzt. Die Löslichkeit des Arzneimittels und die Wechselwirkungen in Polymer/Arzneimittel/POM könnten die Einkapselung und Arzneimittelfreisetzung in den Nanofasern beeinflussen57. Obwohl PMMA hydrophob und MTN und Mo132 hydrophil sind, können sie starke Wasserstoffbrückenbindungen bilden. Darüber hinaus kann Mo132 ionische Bindungen mit MTN-Molekülen eingehen58. Der höhere Gehalt an Mo132 in Nanofasern zeigt eine geringere MTN-Freisetzung. Dies wird wahrscheinlich auf die Existenz von Wasserstoff- und Sauerstoffgruppen in Mo132 zurückgeführt, die Wasserstoffbrückenbindungen mit CN-, OH- und NO2-Gruppen von MTN-Molekülen bilden könnten. Basierend auf den obigen Erklärungen hält das Arzneimittelfreisetzungsverhalten seit mehr als 10 Tagen an.

Um die biologische In-vitro-Abbaubarkeit von NF1- bis NF4-Nanofasergerüsten zu bewerten, wurden ihre Gewichte gegen die Intervallzeiten für 28 Tage Eintauchen in PBS bei 37 °C aufgetragen. Die Ergebnisse (Abb. 6) zeigen keinen signifikanten Massenverlust für reine PMMA-Nanofasergerüste im Zeitraum von 28 Tagen. Dennoch wurde für NF2, NF3 und NF4 während der 15-tägigen Inkubation ein schneller Massenverlust beobachtet, der hauptsächlich auf die Wirkstofffreisetzungsmasse zurückzuführen ist. Außerdem wurden mit zunehmendem Mo132-Gehalt weitere Massenverluste von NF2, NF3 und NF4 beobachtet. Dies könnte auf hydrophile POM- und MTN-Gruppen zurückgeführt werden, die das Eindringen von Wasser in die Nanofasergerüste und die anschließende Hydrolyse von PMMA beschleunigen könnten.

In-vitro-Abbau von NF1, NF2, NF3 und NF4 über 28 Tage.

Die roten Pfeile in Abb. 7 zeigen die Risse und Hohlräume auf der Oberfläche von Nanofasern nach 28-tägigem Eintauchen in PBS. Während die Morphologie des PMMA-Gerüsts eine leichte Veränderung zeigt, weist die Oberflächenmorphologie von NF2, NF3 und NF4 auf eine offensichtliche Veränderung mit zunehmendem Mo132-Gehalt hin. Darüber hinaus ist zu beachten, dass eine niedrige PMMA-Abbaurate seine biomedizinischen Anwendungen einschränken kann. Dieses Problem wurde in der vorliegenden Studie durch den Einbau von hydrophilem MTN und Mo132 in die PMMA-Nanofasern auf innovative Weise gelöst.

REM-Bilder von NF1 (a), NF2 (b), NF3 (c) und NF4 (d) in PBS-Lösung nach 28 Tagen (Maßstabsbalken: 5 µm).

Das In-vitro-Bioaktivitätsverhalten von NF1-, NF2-, NF3- und NF4-Gerüsten wurde durch Einweichen dieser Nanofasergerüste in SBF-Lösung bewertet. Abbildung 8 zeigt die REM-Bilder verschiedener Gerüste, die nach 28 Tagen in SBF-Lösung getaucht wurden. Die NF2-, NF3- und NF4-Gerüste zeigen im Vergleich zu NF1 eine hervorragende Fähigkeit, eine Hydroxylapatitschicht zu bilden. Wie in Abb. 8 dargestellt, wird die Bildung der Hydroxylapatitschicht möglicherweise mit zunehmendem Mo132 verstärkt. Dies geschieht, weil die terminalen Sauerstoffgruppen von Mo132 mit P2O5 und CaO aus einer simulierten Körperflüssigkeitslösung aggregieren könnten. FT-IR wurde verwendet, um das Vorhandensein von Hydroxylapatit auf den Nanofasergerüsten zu bestätigen (Abb. S3). Die PO4−3-Banden der Hydroxylapatitgruppe erscheinen bei 560, 604 und 1048 cm−159.

REM-Bilder von NF1 (a), NF2 (b), NF3 (c) und NF4 (d) in SBF-Lösung nach 28 Tagen (Maßstab: 10 µm).

Die Zellproliferation wurde nach 1, 3 und 7 Tagen Kultivierung mit NF1, NF2, NF3 und NF4 mittels MTT-Assay bewertet (Abb. 9). Nach eintägiger Inkubation mit Nanofasergerüsten mit unterschiedlichen Mo132-Gehalten wurde kein signifikanter Unterschied in der Lebensfähigkeit der Zellen beobachtet. Nach 3 Tagen zeigten Nanofasergerüste mit dem höchsten Mo132-Gehalt einen höheren Absorptionswert im Vergleich zur Kontrollgruppe (p < 0,05). Dies könnte auf die allmähliche Freisetzung von POM aus den Gerüsten zurückgeführt werden, was die Zellproliferation stimulieren könnte60.

Zelllebensfähigkeit (MTT-Assay) auf NF1, NF2, NF3 und NF4 nach 1, 3 und 7 Tagen.

Interessanterweise verbesserte sich die Proliferation von Zellen, die mit verschiedenen Proben inkubiert wurden, nach 7 Tagen Kultur deutlich mit der Erhöhung der Mo132-Konzentration. Die Morphologie kultivierter MG-63-Zellen wurde durch REM nach 7-tägiger Kultur auf den Gerüsten beobachtet (Abb. 10). Wie in Abb. 10 dargestellt, zeigte die Anzahl der an Nanofasergerüsten haftenden MG-63-Zellen bei höheren Mengen an Mo132 einen erheblichen Anstieg. Dies könnte auf die Hydrophilie von Gerüsten zurückgeführt werden. Darüber hinaus zeigen diese Bilder deutlich die ordnungsgemäße Proliferation von MG-63-Zellen und keine toxische Wirkung von Mo132 auf sie.

NF1 (a), NF2 (b), NF3 (c) und NF4 (d) Morphologie der 7 Tage lang kultivierten MG-63-Zellen (Maßstab: 20 µm).

Wie oben erwähnt, wurde die qualitative antibakterielle Leistung von Nanofasergerüsten mithilfe der Agar-Diffusionsmethode gemessen. Wie in Abb. S4 zu sehen ist, ist um die NF4-Proben herum eine signifikante Hemmzone gegen Escherichia coli-Bakterien zu beobachten. Darüber hinaus ist um die MTN-freie NF4-Probe herum eine kleine Hemmzone zu erkennen. Außerdem wird mit ausschließlich MTN eine geringere antibakterielle Wirkung erzielt. Daher ist die antibakterielle Eigenschaft von NF4 auf die synergistische Wirkung von MTN, Mo132 und PMMA zurückzuführen.

In der vorliegenden Studie wurden die Mo132/MTN/PMMA-Nanofasergerüste für GTR/GBR mit kontrollierter Arzneimittelabgabe durch Elektrospinning-Technik hergestellt. Je nach den optimalen Bedingungen für das Elektrospinnen wurden verschiedene Mo132-Gehalte in PMMA-Mikrofasern eingebettet. Das Mo132 wurde homogen mit dem Metronidazol-beladenen PMMA-Polymer hybridisiert, während seine intrinsischen Eigenschaften erhalten blieben. Der Einbau von Mo132 in Metronidazol-beladenes PMMA führte zu einer außergewöhnlichen Verringerung des Faserdurchmessers (445 nm auf 365 nm) und einer verbesserten Wasseraufnahme (14,18 % auf 35,6 %), Kontaktwinkel (126° auf 83,9°), Wirksamkeit der Arzneimittelverkapselung, Abbaurate, Bioaktivität und mechanische Eigenschaften. Bei NF4-Proben kann die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften jedoch auf die Agglomeration von Nanopartikeln bei hohem Mo132-Gehalt zurückzuführen sein. Dieses System ermöglicht die kontrollierte Freisetzung von MTN für 14 Tage. Eine solche verlängerte kontrollierte Freisetzung der antibakteriellen Wirkstoffe kann die Ansiedlung anaerober Mikroorganismen verhindern. Zellbewertungen zeigen das Potenzial von Mo132-Inhalten zur Unterstützung der Osteokonduktivität von Nanofasergerüsten und der Anlagerung von MG-63-Zellen. Darüber hinaus bestätigte der Lebensfähigkeitstest nach 7 Tagen Kultur, dass die Nanofasergerüste, die Mo132 enthalten, offensichtlich die Zellproliferation mit einem Anstieg des Mo132-Gehalts im Vergleich zu reinen PMMA-Nanofasergerüsten verbessern. Diese Ergebnisse legen nahe, dass mit Mo132 eingebettete, wirkstoffbeladene PMMA-Mikro-/Nanofasern ein hervorragendes Potenzial haben, als Membran für die gesteuerte Knochenregeneration zu fungieren.

Gentile, P., Chiono, V., Tonda-Turo, C., Ferreira, AM & Ciardelli, G. Polymermembranen für die gesteuerte Knochenregeneration. Biotechnologie. J. 6, 1187–1197. https://doi.org/10.1002/biot.201100294 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Retzepi, M. & Donos, N. Geführte Knochenregeneration: Biologisches Prinzip und therapeutische Anwendungen. Klin. Orale Implantate Res. 21, 567–576. https://doi.org/10.1111/j.1600-0501.2010.01922.x (2010).

Artikel PubMed Google Scholar

Campoccia, D., Montanaro, L. & Arciola, CR Ein Überblick über die klinischen Auswirkungen antiinfektiöser Biomaterialien und infektionsresistenter Oberflächen. Biomaterialien 34, 8018–8029. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.07.048 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Caruthers, SD, Wickline, SA & Lanza, GM Nanotechnologische Anwendungen in der Medizin. Curr. Meinung. Biotechnologie. 18, 26–30. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2007.01.006 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Falavigna, M. et al. Mucus-PVPA (Mucus-Phospholipid-Vesikel-basierter Permeationstest): Ein künstliches Permeabilitätstool für das Arzneimittelscreening und die Formulierungsentwicklung. Int. J. Pharm. 537, 213–222. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2017.12.038 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Dutta, RC Arzneimittelträger im Pharmadesign: Versprechen und Fortschritt. Curr. Pharm. Des. 13, 761–769. https://doi.org/10.2174/138161207780249119 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wang, J., Huang, N., Peng, Q., Cheng, HeLa-Zellen. Mater. Chem. Physik. 239, 121994. https://doi.org/10.1016/J.MATCHEMPHYS.2019.121994 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Guedes, G., Wang, S., Santos, HA & Sousa, FL Polyoxometallat-Verbundwerkstoffe in der Krebstherapie und -diagnostik. EUR. J. Inorg. Chem. 2121–2132, 2020. https://doi.org/10.1002/ejic.202000066 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Tonkushina, M. et al. Thermodynamik der Wechselwirkung zwischen Polyoxometallat Mo72Fe30 vom Keplerat-Typ und Vitamin B1. Thermochim. Acta. https://doi.org/10.1016/j.tca.2022.179201 (2022).

Artikel Google Scholar

Ostroushko, A., Sennikov, MY & Tonkushina, M. Wechselwirkung von Polyoxometallat Mo132 mit Poly(vinylalkohol). Russ. J. Inorg. Chem. 54, 611–617. https://doi.org/10.1134/S0036023609040184 (2009).

Artikel Google Scholar

Ostroushko, A., Tonkushina, M. & Martynova, N. Massen- und Ladungstransfer in Systemen, die Nanocluster-Molybdänpolyoxometallate mit Fullerenstruktur enthalten. Russ. J. Phys. Chem. A 84, 1022–1027. https://doi.org/10.1134/S0036024410060233 (2010).

Artikel CAS Google Scholar

Yamase, T. Polyoxometallate für molekulare Geräte: Antitumoraktivität und Lumineszenz. Mol. Ing. 3, 241–262. https://doi.org/10.1007/BF00999636 (1993).

Artikel CAS Google Scholar

Hasenknopf, B. Polyoxometallate: Einführung in eine Klasse anorganischer Verbindungen und ihre biomedizinischen Anwendungen. Vorderseite. Biowissenschaften. 10, 275. https://doi.org/10.2741/1527 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Rhule, JT, Hill, CL, Judd, DA & Schinazi, RF Polyoxometallate in der Medizin. Chem. Rev. 98, 327–358. https://doi.org/10.1021/cr960396q.h (1998).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wu, Q., Wang, J., Zhang, L., Hong, A. & Ren, J. Molekulare Erkennung des grundlegenden Fibroblasten-Wachstumsfaktors durch Polyoxometallate. Angew. Chem. 117, 4116–4120. https://doi.org/10.1002/ange.200500108 (2005).

Artikel ADS Google Scholar

Müller, CE et al. Polyoxometallate – Eine neue Klasse wirksamer Ecto-Nukleosidtriphosphat-Diphosphohydrolase (NTPDase)-Inhibitoren. Bioorg. Med. Chem. Lette. 16, 5943–5947. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2006.09.003 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lee, IS, Long, JR, Prusiner, SB & Safar, JG Selektive Fällung von Prionen durch Polyoxometallatkomplexe. Marmelade. Chem. Soc. 127, 13802–13803. https://doi.org/10.1021/ja055219y (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Aureliano, M. & Gândara, RM Decavanadat-Effekte in biologischen Systemen. J. Inorg. Biochem. 99, 979–985. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2005.02.024 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Domingo, JL Vanadium- und Wolframderivate als Antidiabetika. Biol. Verfolge Elem. Res. 88, 97–112. https://doi.org/10.1385/BTER:88:2:097 (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Tajima, Y. Wolframphosphat induzierte in vivo thromboembolische Komplikationen. Biomed. Res. 24, 39–49. https://doi.org/10.2220/biomedres.24.39 (2003).

Artikel CAS Google Scholar

Sun, T. et al. Gezielte Abgabe eines neuartigen Antitumor-Organoplatin (IV)-substituierten Polyoxometallatkomplexes für eine sicherere und wirksamere Darmkrebstherapie in vivo. Adv. Mater. 28, 7397–7404. https://doi.org/10.1002/adma.201601778 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Atwood, JL, Lehn, J.-M., Alberti, G. & Bein, T. Supramolekulare Festkörperchemie: Zwei- und dreidimensionale anorganische Netzwerke. Kompr. Supramol. Chem. 7 (1996).

Merca, A. et al. Nachahmung des biologischen Kationentransports basierend auf der supramolekularen Chemie der Kugeloberfläche: Gleichzeitige Wechselwirkung poröser Kapseln mit molekularen Pfropfen und passierenden Kationen. Chem. EUR. J. 13, 7650–7658. https://doi.org/10.1002/chem.200700294 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Müller, A. Anorganische Chemie zum Leben erwecken. Chem. Komm. https://doi.org/10.1039/B300207C (2003).

Artikel Google Scholar

Smith, A., Fraser, C., McCleverty, J. & Meyer, T. Comprehensive Coordination Chemistry II. V 1, 1. https://doi.org/10.1021/ja033635h (2004).

Long, DL & Cronin, L. Auf dem Weg zu Polyoxometallat-integrierten Nanosystemen. Chem. EUR. J. 12, 3698–3706. https://doi.org/10.1002/chem.200501002 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Cronin, L. Anorganische molekulare Kapseln: Von der Struktur zur Funktion. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 3576–3578. https://doi.org/10.1002/anie.200600090 (2006).

Artikel CAS Google Scholar

Long, D.-L., Burkholder, E. & Cronin, L. Polyoxometallatcluster, Nanostrukturen und Materialien: Von der Selbstorganisation bis zu Designermaterialien und -geräten. Chem. Soc. Rev. 36, 105–121. https://doi.org/10.1039/B502666K.g (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Muller, A., Das, K., Krickemyer, E. & Kuhlmann, C. Polyoxomolybdat-Cluster: Riesenräder und Kugeln. Inorg. Synth. 34, 191–200. https://doi.org/10.1002/0471653683.ch5 (2004).

Artikel Google Scholar

Cronin, L., Diemann, E. & Müller, A. Inorganic Experiments (Wiley-VCH, 2003).

Google Scholar

Müller, A., Krickemeyer, E., Bögge, H., Schmidtmann, M. & Peters, F. Organisationsformen der Materie: Ein anorganisches Superfulleren und Keplerat auf Basis von Molybdänoxid. Angew. Chem. Int. Ed. 37, 3359–3363. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3773(19981231)37:24%3C3359::AID-ANIE3359%3E3.0.CO;2-J (1998).

Artikel Google Scholar

Carr, R., Weinstock, IA, Sivaprasadarao, A., Müller, A. & Aksimentiev, A. Synthetische Ionenkanäle durch Selbstorganisation: Ein Weg zur Einbettung poröser Polyoxometallat-Nanokapseln in Lipiddoppelschichtmembranen. Nano Lett. 8, 3916–3921. https://doi.org/10.1021/nl802366k (2008).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Volkmer, D. et al. Auf dem Weg zu Nanogeräten: Synthese und Charakterisierung des nanoporösen, tensidverkapselten Keplerats (DODA)40(NH4)2[(H2O)n⊂Mo132O372(CH3COO)30(H2O)72]. Marmelade. Chem. Soc. 122, 1995–1998. https://doi.org/10.1021/ja992350v (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Ostroushko, AA et al. Untersuchung der Sicherheit von Molybdän- und Eisen-Molybdän-Nanoclaster-Polyoxometallaten zur gezielten Verabreichung von Arzneimitteln. J. Biomater. Nanobiotechnologie. 2, 557. https://doi.org/10.4236/jbnb.2011.225066 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Giglio, J., Fernández, S., Rey, A. & Cerecetto, H. Synthese und biologische Charakterisierung neuartiger Dithiocarbamat-haltiger 5-Nitroimidazol-99mTc-Komplexe als potenzielle Wirkstoffe zur Bekämpfung von Hypoxie. Bioorg. Med. Chem. Lette. 21, 394–397. https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2010.10.130 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Luo, Y. et al. Metronidazolsäureacylsulfonamid: Eine neuartige Klasse von Antikrebsmitteln und potenziellen EGFR-Tyrosinkinase-Inhibitoren. Bioorg. Med. Chem. 19, 6069–6076. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2011.08.038 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Brown, JM Grundsatzrede: Hypoxische Zellradiosensibilisatoren: Wie geht es weiter? Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Physik. 16, 987–993. https://doi.org/10.1016/0360-3016(89)90901-2 (1989).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lord, EM, Harwell, L. & Koch, CJ Nachweis hypoxischer Zellen durch monoklonale Antikörper, die 2-Nitroimidazol-Addukte erkennen. Krebs Res. 53, 5721–5726 (1993).

CAS PubMed Google Scholar

Webster, L. Jr. Drugs Used in the Chemotherapy of Protozoal Infections, Kapitel 41. Goodman und Gilmans The Pharmacological Basis of Therapeutics, 8. Aufl. (Pergamon Press, 1990).

Google Scholar

Alvaro, RF, Wislocki, PG, Miwa, GT & Lu, AY Bildung von Arzneimittelrückständen aus Ronidazol, einem 5-Nitroimidazol. VIII. Identifizierung der 2-Methylen-Position als Stelle der Proteinalkylierung. Chem. Biol. Interagieren. 82, 21–30. https://doi.org/10.1016/0009-2797(92)90011-9 (1992).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Zamani, M., Prabhakaran, MP & Ramakrishna, S. Fortschritte bei der Arzneimittelabgabe über elektrogesponnene und elektrogesprühte Nanomaterialien. Int. J. Nanomed. 8, 2997. https://doi.org/10.2147/IJN.S43575 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

González-Henríquez, C. & Sarabia-Vallejos, M. Elektrospinning-Abscheidung von Hydrogelfasern, die als Gerüst für Biomembranen verwendet werden. Thermische Stabilität von DPPC durch Ellipsometrie bestätigt. Chem. Physik. Lipide 190, 51–60. https://doi.org/10.1016/j.chemphyslip.2015.07.004 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Aghdam, RM et al. Untersuchung der Wirkung von PGA auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von elektrogesponnenen Nanofasern aus PCL/PGA-Mischungen. J. Appl. Polym. Wissenschaft. 124, 123–131. https://doi.org/10.1002/app.35071 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Kokubo, T. & Takadama, H. Wie nützlich ist SBF bei der Vorhersage der Knochenbioaktivität in vivo? Biomaterialien 27, 2907–2915. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.01.017 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Graham, L. & Orenstein, JM Verarbeitung von Gewebe und Zellen für die Transmissionselektronenmikroskopie in der diagnostischen Pathologie und Forschung. Nat. Protokoll. 2, 2439–2450. https://doi.org/10.1038/nprot.2007.304 (2007).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hsu, WP & Yeh, CF Polymermischungen aus stereoregulärem Poly(methylmethacrylat) und Poly(styrol-co-p-hydroxystyrol). J. Appl. Polym. Wissenschaft. 73, 431–440. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19990718)73:3%3C431::AID-APP15%3E3.0.CO;2-P (1999).

Artikel CAS Google Scholar

Günay, NS et al. 5-Nitroimidazol-Derivate als mögliche antibakterielle und antimykotische Wirkstoffe. Il Farmaco 54, 826–831. https://doi.org/10.1016/S0014-827X(99)00109-3 (1999).

Artikel PubMed Google Scholar

Ramakrishna, S. Eine Einführung in Elektrospinnen und Nanofasern (World Scientific, 2005).

Buchen Sie Google Scholar

Chong, EJ et al. Bewertung eines elektrogesponnenen PCL/Gelatine-Nanofasergerüsts für die Wundheilung und die schichtweise Hautrekonstitution. Acta Biomater. 3, 321–330. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2007.01.002 (2007).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hosseini, Y., Emadi, R., Kharaziha, M. & Doostmohammadi, A. Verstärkung des elektrogesponnenen Poly(ε-caprolacton)-Gerüsts mit Diopsid-Nanopulver zur Förderung biologischer und physikalischer Eigenschaften. J. Appl. Polym. Wissenschaft. 134, 44433. https://doi.org/10.1002/app.44433 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Kuth, S., Liverani, L. Biologisch abbaubare und bioaktive Verbundwerkstoffe aus Polymer und anorganischer Phase. In Tissue Engineering Using Ceramics and Polymers 179–212 (Elsevier, 2022). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820508-2.00012-X

Wang, G. et al. Nanostrukturierte Polymer-Verbundelektrolyte mit selbstorganisierten Polyoxometallat-Netzwerken zur Protonenleitung. CCS Chem. 4, 151–161. https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202000608 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Wu, M. et al. Seidenbasierte Hybrid-Mikrofasermatten als gesteuerte Knochenregenerationsmembranen. J. Mater. Chem. B 9, 2025–2032. https://doi.org/10.1039/D0TB02687E (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Shi, R. et al. Struktur, physikalische Eigenschaften, Biokompatibilität und In-vitro/vivo-Abbauverhalten antiinfektiöser elektrogesponnener Membranen auf Polycaprolactonbasis für die gesteuerte Gewebe-/Knochenregeneration. Polym. Degrad. Stechen. 109, 293–306. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.07.017 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Shakeri, A., Mighani, H., Salari, N. & Salehi, H. Oberflächenmodifikation von Vorwärtsosmosemembranen unter Verwendung offener Gerüste auf Polyoxometallatbasis zur Verbesserung der Hydrophilie und des Wasserflusses. J. Water Process Eng. 29, 100762. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.02.002 (2019).

Artikel Google Scholar

Jang, J.-H., Castano, O. & Kim, H.-W. Elektrogesponnene Materialien als potenzielle Plattformen für die Knochengewebezüchtung. Adv. Drogenlieferung Rev. 61, 1065–1083. https://doi.org/10.1016/j.addr.2009.07.008 (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Zeng, J. et al. Einfluss der Arzneimittelkompatibilität mit der Polymerlösung auf die Freisetzungskinetik der elektrogesponnenen Faserformulierung. J. Kontrolle. Ausgabe 105, 43–51. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2005.02.024 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Ku, Z. & Jin, S. Synthese und Charakterisierung von zwei neuen photochromen anorganisch-organischen Hybridmaterialien auf Basis von Polyoxometallaten vom Keggin-Typ. J. Wuhan Univ. Technol. Mater. Wissenschaft. Ed. 23, 367–371. https://doi.org/10.1007/s11595-007-3367-4 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Kamalanathan, P. et al. Synthese und Sintern von aus Eierschalen gewonnenem Hydroxylapatit als Calciumvorläufer. Ceram. Int. 40, 16349–16359. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2014.07.074 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Čolović, MB et al. Polyoxometallate in der Biomedizin: Update und Überblick. Curr. Med. Chem. 27, 362–379. https://doi.org/10.2174/0929867326666190827153532 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

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Die Autoren danken der Universität Isfahan für die finanzielle Unterstützung dieser Forschung. Die Autoren danken auch Herrn Mehdi Hosseinzadeh für seine Unterstützung bei antibakteriellen Experimenten.

Fakultät für Chemie, Universität Isfahan, Isfahan, 81746-73441, Iran

Hamid Taghiyar und Bahram Yadollahi

Abteilung für Biotechnologie, Fakultät für Biowissenschaften und Technologie, Universität Isfahan, Isfahan, 81746-73441, Iran

Abolghasem Abbasi Kajani

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HT und BY konzipierten und führten die Experimente, Charakterisierungen, In-vitro-Studien und das Verfassen des Manuskripts durch. AAK führte die Zellkultur und den Toxizitätstest durch.

Korrespondenz mit Bahram Yadollahi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Taghiyar, H., Yadollahi, B. & Kajani, AA Kontrollierte Arzneimittelabgabe und Zelladhäsion für die Regeneration von Knochengewebe durch Keplerat-Polyoxometallat (Mo132)/Metronidazol/PMMA-Gerüste. Sci Rep 12, 14443 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18622-w

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Eingegangen: 06. Juli 2022

Angenommen: 16. August 2022

Veröffentlicht: 24. August 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18622-w

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