Consegna di streptomicina al colon del ratto mediante l'uso di nanofibre elettrofilate

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21503 (2022) Citare questo articolo

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Le nanofibre elettrofilate caricate con farmaci sono potenziali sistemi di trasporto di farmaci che possono ottimizzare il trattamento delle malattie riducendo al contempo l’impatto sui microbi commensali. È stata valutata la fattibilità di nanofibre di pullulan caricate con streptomicina fabbricate da una procedura di elettrofilatura verde utilizzando acqua come solvente. Abbiamo condotto uno studio sui ratti includendo un gruppo trattato con nanofibre caricate con streptomicina (STR-F, n = 5), un gruppo trattato con concentrazioni simili di streptomicina nell'acqua potabile (STR-W, n = 5) e un gruppo non- gruppo di controllo trattato (CTR, n = 5). La streptomicina è stata caricata con successo nelle nanofibre e rilasciata da questo veicolo, che ha ridotto al minimo la quantità di farmaco rilasciato nel compartimento ileale dell’intestino. L'E. coli resistente alla streptomicina ingerito ha colonizzato fino a 106 CFU/g di feci, rivelando un effetto selettivo della streptomicina anche quando somministrata nelle basse quantità consentite dalla somministrazione a base di nanofibre. Il sequenziamento dell’amplicone 16S del microbiota indigeno ha rivelato effetti differenziali nei tre gruppi. Un aumento di Peptostreptococcaceae nel cieco degli animali STR-F può indicare che la fermentazione delle nanofibre ha promosso direttamente o indirettamente la crescita di batteri all'interno di questa famiglia. I nostri risultati chiariscono le proprietà rilevanti delle nanofibre elettrofilate come nuovo veicolo per il rilascio di antimicrobici nell’intestino crasso.

Gli antibiotici sono fondamentali per controllare e prevenire le infezioni, ma possono anche disturbare i batteri non bersaglio nel lume intestinale1,2,3. Gli effetti negativi delle terapie antimicrobiche comprendono la distruzione del microbiota intestinale commensale e lo sviluppo di batteri resistenti ai farmaci3,4.

Gli sviluppi nell’ambito delle tecnologie dei biomateriali hanno fornito vettori farmaceutici avanzati, come le nanofibre, che potrebbero aiutare a superare le sfide legate all’efficacia terapeutica dei farmaci, ridurre il rischio di sviluppare resistenza antimicrobica5,6 e potenzialmente minimizzare l’impatto sul microbiota intestinale.

È interessante notare che il rilascio di farmaci tramite trasportatori nanostrutturati ha dimostrato caratteristiche rilevanti come un'efficiente inibizione della crescita batterica e un rilascio prolungato7. Inoltre, i sistemi di somministrazione dei farmaci basati su polisaccaridi, in particolare il pullulan, stanno attirando sempre più attenzione poiché non sono tossici, stabili, biocompatibili e biodegradabili8,9,10,11. L'elettrofilatura, che è un sistema semplice e veloce per la formazione di nanofibre, sta facendo progressi nella creazione di nuovi tipi di nanostrutture tra cui fogli multistrato12,13, nano-ibridi14,15 e nanofibre core-shell14,16. Recentemente sono state riviste diverse potenziali strategie di elettrospinning per manipolare i comportamenti di rilascio dei farmaci per un migliore effetto terapeutico17,18. A fronte dell’ampio utilizzo di nanofibre elettrofilate per applicazioni di somministrazione di farmaci, diversi sistemi basati su nanofibre elettrofilate introdotti coinvolgono solventi organici nella procedura di fabbricazione6. Qui abbiamo utilizzato un processo ecologico, che include il pullulan come biopolimero per uso alimentare e l’acqua come solvente. Il pullulano è un polisaccaride lineare prodotto dal fungo Aureobasidium pullulans ed è costituito da unità di tipo maltotriosio cioè α-(1 → 6)-legate con (1 → 4)-α-d-triglucosidi19. Questo modello di collegamento unico porta ad un'elevata adesione e resistenza alla trazione di pullulan20. A differenza di molti altri polisaccaridi, il pullulano si dissolve facilmente in acqua a causa del basso grado di legami idrogeno. Fornisce un buon potenziale di lavorazione per formare pellicole e fibre e, grazie alla natura non igroscopica, mostra una notevole resistenza meccanica intermolecolare8,19,21,22. Inoltre, questo biopolimero è un veicolo appropriato per applicazioni di somministrazione di farmaci grazie alle sue proprietà non mutagene, non cancerogene, biodegradabili, mucoadesive e citoadesive6,9,13.

Poiché la resistenza antimicrobica rappresenta una delle maggiori minacce globali alla salute pubblica e siamo attualmente sull’orlo di un’era post-antibiotica23, è preferibile la somministrazione antimicrobica sito-specifica. Gli approcci che aumentano la concentrazione locale di antibiotici solo nei siti in cui si prevede che abbiano effetto, potrebbero essere un modo per ridurre lo sviluppo della resistenza ai farmaci. Pertanto, questo studio mirava a descrivere l’impatto delle nanofibre di pullulan caricate con streptomicina ingerite sulla comunità batterica intestinale nei ratti rispetto alla somministrazione di streptomicina attraverso l’acqua potabile. Inoltre, è stato valutato l'effetto selettivo su un ceppo batterico resistente ingerito.