Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns

Burn injury is a serious damage of skin and other tissues that can lead to severe morbidity and significant mortality. Pathological post-burn scarring can lead to severe functional impairment, psychological morbidity, and costly long-term healthcare [1, 2]. Pirfenidone (5-methyl-1-phenyl-2-[1H]-pyri...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Le, Dang-Troi
Άλλοι συγγραφείς: Αντιμησιάρη, Σοφία
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2020
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/13595
id nemertes-10889-13595
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Burns
Nanoparticles
Pirfenidone
Nanofibers
Εγκαύματα
Νανοσωματίδια
Νανοΐνες
spellingShingle Burns
Nanoparticles
Pirfenidone
Nanofibers
Εγκαύματα
Νανοσωματίδια
Νανοΐνες
Le, Dang-Troi
Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns
description Burn injury is a serious damage of skin and other tissues that can lead to severe morbidity and significant mortality. Pathological post-burn scarring can lead to severe functional impairment, psychological morbidity, and costly long-term healthcare [1, 2]. Pirfenidone (5-methyl-1-phenyl-2-[1H]-pyridone, PF) is a broad-spectrum agent having anti-fibrotic and anti-inflammatory activities. PF presents a wide range of therapeutical applications and its safety and efficacy has been assessed for several diseases such as idiopathic pulmonary fibrosis, neurofibromatosis, chronic hepatitis, and cardiomyopathy. PF therapeutic activity is attributed to its efficacy in reducing fibroblast proliferation, decreased secretion of the fibrosis-associated cytokines, decreased biosynthesis of extracellular matrix, and decreased accumulation of inflammatory cells [3, 4]. The aim of project is to exploit nanotechnological approaches in order to develop a sustained-release PF formulation for treating deep partial thickness burn (DPTBs). The main goal was to encapsulate PF into nanoparticulate systems and nanofibers exploiting few cutting-edge process technologies, as microfluidic and electrospinning in order to achieve sustained-release formulations. Both the formulations are intended for topical application on cutaneous wound. Material & Methods - PF loaded nanoparticles (NPs) were prepared by a biodegradable and biocompatible polymer, PLGA (poly lactic-co-glycolic acid, 75:25 6A 90 kDa). Different aqueous buffers, at specific pH and molarity values were investigated to maximize the encapsulation efficiency of PF into NPs. NPs were characterized in term of size, size distribution and morphology by Transmission Electron Microscopy (TEM) and of surface features by Atomic Force Microscopy (AFM). Moreover, the in vitro release and stability of PF loaded NPs were investigated. The proper selection of process parameters for NPs production were assessed by Design of Experiments (DoE). PF loaded nanofibers (NFs) were prepared by NANON-01A instrument and they were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) for size, size distribution, pores, porosity and fiber orientation. Electrospun specimens (dog bone shape 80 x 10 x 4 mm, ASTM D882) were analyzed by tensile tester for tensile strength and deformation behavior. The in vitro release of the most promising formulations has been performed in phosphate buffer saline (PBS) at 34 ±2°C; following cytocompatibility test on fibroblast cell lines was evaluated. Results - Various pH and molarity of aqueous buffers in microfluidic-assisted technology for NPs preparation were optimized to achieve the highest encapsulation efficiency. TEM images showed NPs with spherical shape and homogenous size. Tailored size and polydispersity index were < 200 nm and < 0.3, respectively. Regarding NFs, different organic solvent mixtures were selected to obtain suitable fiber size, size distribution and fiber orientation, as well as porosity. PF loaded NPs and NFs demonstrated a sustained-release profile in PBS at 34 ±2°C and good biocompatibility. Conclusion - Both the exploited nanotechnological approaches have turned out promising formulations to achieve PF sustained-release. The in vitro release study of optimized formulations will be further evaluated in simulated wound fluid (SWF) and nanoparticle cellular uptake will be assessed by confocal microscopy.
author2 Αντιμησιάρη, Σοφία
author_facet Αντιμησιάρη, Σοφία
Le, Dang-Troi
format Thesis
author Le, Dang-Troi
author_sort Le, Dang-Troi
title Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns
title_short Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns
title_full Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns
title_fullStr Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns
title_full_unstemmed Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns
title_sort nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns
publishDate 2020
url http://hdl.handle.net/10889/13595
work_keys_str_mv AT ledangtroi nanotechnologicalapproachesfortreatingfibroticscarsindeeppartialthicknessburns
_version_ 1771297305529417728
spelling nemertes-10889-135952022-09-05T20:16:37Z Nanotechnological approaches for treating fibrotic scars in deep partial thickness burns Le, Dang-Troi Αντιμησιάρη, Σοφία Αντιμισιάρη, Σοφία Audrieux, Karine Roques, Caroline Burns Nanoparticles Pirfenidone Nanofibers Εγκαύματα Νανοσωματίδια Νανοΐνες Burn injury is a serious damage of skin and other tissues that can lead to severe morbidity and significant mortality. Pathological post-burn scarring can lead to severe functional impairment, psychological morbidity, and costly long-term healthcare [1, 2]. Pirfenidone (5-methyl-1-phenyl-2-[1H]-pyridone, PF) is a broad-spectrum agent having anti-fibrotic and anti-inflammatory activities. PF presents a wide range of therapeutical applications and its safety and efficacy has been assessed for several diseases such as idiopathic pulmonary fibrosis, neurofibromatosis, chronic hepatitis, and cardiomyopathy. PF therapeutic activity is attributed to its efficacy in reducing fibroblast proliferation, decreased secretion of the fibrosis-associated cytokines, decreased biosynthesis of extracellular matrix, and decreased accumulation of inflammatory cells [3, 4]. The aim of project is to exploit nanotechnological approaches in order to develop a sustained-release PF formulation for treating deep partial thickness burn (DPTBs). The main goal was to encapsulate PF into nanoparticulate systems and nanofibers exploiting few cutting-edge process technologies, as microfluidic and electrospinning in order to achieve sustained-release formulations. Both the formulations are intended for topical application on cutaneous wound. Material & Methods - PF loaded nanoparticles (NPs) were prepared by a biodegradable and biocompatible polymer, PLGA (poly lactic-co-glycolic acid, 75:25 6A 90 kDa). Different aqueous buffers, at specific pH and molarity values were investigated to maximize the encapsulation efficiency of PF into NPs. NPs were characterized in term of size, size distribution and morphology by Transmission Electron Microscopy (TEM) and of surface features by Atomic Force Microscopy (AFM). Moreover, the in vitro release and stability of PF loaded NPs were investigated. The proper selection of process parameters for NPs production were assessed by Design of Experiments (DoE). PF loaded nanofibers (NFs) were prepared by NANON-01A instrument and they were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM) for size, size distribution, pores, porosity and fiber orientation. Electrospun specimens (dog bone shape 80 x 10 x 4 mm, ASTM D882) were analyzed by tensile tester for tensile strength and deformation behavior. The in vitro release of the most promising formulations has been performed in phosphate buffer saline (PBS) at 34 ±2°C; following cytocompatibility test on fibroblast cell lines was evaluated. Results - Various pH and molarity of aqueous buffers in microfluidic-assisted technology for NPs preparation were optimized to achieve the highest encapsulation efficiency. TEM images showed NPs with spherical shape and homogenous size. Tailored size and polydispersity index were < 200 nm and < 0.3, respectively. Regarding NFs, different organic solvent mixtures were selected to obtain suitable fiber size, size distribution and fiber orientation, as well as porosity. PF loaded NPs and NFs demonstrated a sustained-release profile in PBS at 34 ±2°C and good biocompatibility. Conclusion - Both the exploited nanotechnological approaches have turned out promising formulations to achieve PF sustained-release. The in vitro release study of optimized formulations will be further evaluated in simulated wound fluid (SWF) and nanoparticle cellular uptake will be assessed by confocal microscopy. Το έγκαυμα είναι μια σοβαρή βλάβη του δέρματος και άλλων ιστών που μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρή νοσηρότητα και σημαντική θνησιμότητα. Οι παθολογικές ουλές των εγκαυμάτων μπορούν να οδηγήσουν σε σοβαρή λειτουργική βλάβη, ψυχολογική νοσηρότητα και δαπανηρή μακροχρόνια υγειονομική περίθαλψη. Η Pirfenidone (5-methyl-1-phenyl-2-[1H]-pyridone, PF) είναι ένας ευρέος φάσματος παράγοντας που έχει αντι-ινωτικές και αντιφλεγμονώδεις δράσεις. Το PF παρουσιάζει ένα ευρύ φάσμα θεραπευτικών εφαρμογών και η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητά του έχουν αξιολογηθεί για διάφορες ασθένειες όπως η ιδιοπαθής πνευμονική ίνωση, η νευροϊνωμάτωση, η χρόνια ηπατίτιδα και η καρδιομυοπάθεια. Η θεραπευτική δράση της PF αποδίδεται στην αποτελεσματικότητά της στη μείωση του πολλαπλασιασμού των ινοβλαστών, στη μειωμένη έκκριση των κυτοκινών που σχετίζονται με την ίνωση, στη μειωμένη βιοσύνθεση της εξωκυτταρικής μήτρας και στη μειωμένη συσσώρευση των φλεγμονωδών κυττάρων. Σκοπός της εργασίας είναι να εκμεταλλευτεί τις νανοτεχνολογικές προσεγγίσεις προκειμένου να αναπτύξει ένα σκεύασμα PF παρατεταμένης απελευθέρωσης για τη θεραπεία βαθέως εγκαύματος μερικού πάχους (DPTBs). Ο κύριος στόχος ήταν να εγκλωβισθούν τα PF σε νανοσωματιδιακά συστήματα και νανοΐνες που εκμεταλλεύονται τεχνολογίες αιχμής, όπως τα μικρορευστά και οι ηλεκτροσυσσωρεύσεις, προκειμένου να επιτευχθούν μορφές παρατεταμένης απελευθέρωσης. Και τα δύο σκευάσματα προορίζονται για τοπική εφαρμογή σε δερματικό τραύμα. Τα φορτωμένα με ΡΡ νανοσωματίδια (ΝΡ) παρασκευάσθηκαν από ένα βιοαποικοδομήσιμο και βιοσυμβατό πολυμερές, το PLGA (πολυ γαλακτικό-συν-γλυκολικό οξύ, 75:25 6Α 90kDa). Μελετήθηκαν διαφορετικά ρυθμιστικά διαλύματα, σε συγκεκριμένες τιμές pΗ και μοριακότητας, για να μεγιστοποιηθεί η αποτελεσματικότητα εγκλεισμού του PF σε NPs. Τα NPs χαρακτηρίστηκαν για το μέγεθος, την κατανομή μεγέθους και τη μορφολογία με ηλεκτρονική μικροσκοπία διαπερατότητας (TEM) και τα χαρακτηριστικά επιφανείας με μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM). Επιπλέον, διερευνήθηκε η in-vitro απελευθέρωση και η σταθερότητα φορτωμένων με PF ΝΡs. Η σωστή επιλογή των παραμέτρων για την παραγωγή NPs αξιολογήθηκε με μοντέλο σχεδιασμού πειραμάτων (DoE). Οι φορτωμένες με PF νανοΐνες (NFs) παρασκευάστηκαν με συσκευή NANON-01A και χαρακτηρίστηκαν από ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) για το μέγεθος, την κατανομή μεγέθους, τους πόρους, το πορώδες και τον προσανατολισμό των ινών. Τα δείγματα ηλεκτροσπόρων (σχήμα οστού σκύλου 80 χ 10 χ 4 χλστ., ASTM D882) αναλύθηκαν με δοκιμή εφελκυσμού για την συμπεριφορά εφελκυσμού και παραμόρφωσης. Η in-vitro απελευθέρωση των πλέον υποσχόμενων μορφοποιήσεων πραγματοποιήθηκε σε ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών (PBS) στους 34 ± 2 °C, ακολουθούμενη από δοκιμή κυτταροσυμβατότητας σε κυτταρικές σειρές ινοβλαστών. Μελετήθηκαν επίσης διάφορες τιμές pΗ και μοριακότητας υδατικών ρυθμιστικών για παρασκευή ΝΡ με τεχνολογία μικρορροής, με σκοπό την βελτιστοποίηση της ικανότητας εγκλωβισμού. Οι εικόνες TEM έδειξαν NPs με σφαιρικό σχήμα και ομοιογενές μέγεθος. Το μεσο μέγεθος και ο δείκτης πολυδιασποράς ήταν <200 nm και <0.3, αντίστοιχα. Όσον αφορά τα NF, επιλέχθηκαν διαφορετικά μίγματα οργανικών διαλυτών για να ληφθεί το κατάλληλο μέγεθος ινών, η κατανομή μεγέθους και ο προσανατολισμός των ινών, καθώς και το πορώδες. Τα NPs και οι NFs που ενσωμάτωναν PF, παρουσίασαν ένα προφίλ παρατεταμένης απελευθέρωσης σε PBS στους 34 ± 2 °C, και ικανοποιητική βιοσυμβατότητα. Και οι δύο παραπάνω νανοτεχνολογικές προσεγγίσεις είχαν ως αποτέλεσμα υποσχόμενες μορφοποιήσεις για την επίτευξη παρατεταμένης απελευθέρωσης PF. Η μελέτη in-vitro απελευθέρωσης βελτιστοποιημένων συνθέσεων θα αξιολογηθεί περαιτέρω σε προσομοιωμένο υγρό πληγής (SWF) και η κυτταρική πρόσληψη των νανοσωματιδίων θα εκτιμηθεί με συνεστιακή μικροσκοπία. 2020-07-13T08:50:34Z 2020-07-13T08:50:34Z 2019-07-10 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13595 en 12 application/pdf