Bioactive membranes for skin regeneration

Abstract

In recent years, biological organisms have been a source of inspiration for the development of nano- or micropatterned patches for applications in various medical fields. Within the various fabrication techniques of micro and nanoarchitectures, a soft lithography technique was used for the first time, in the fabrication of a new and optimized hydrogel-based patch with well-defined spaced micropillars. Based on the insights behind the biomimetics concept, a micropatterned patch derived from laminarin was developed, capable of capturing a large amount of drug particles, either in the powder form or encapsulated in alginate microspheres. This microstructure was inspired by the ability of honey bees to trap pollen grains between their body hair. Furthermore, to increase the adhesive capacity of the dressing, and inspired by the great adhesiveness of mussels, the laminarin, previously methacrylated for the purposes of crosslinking and hydrogel formation, was modified with catechol groups (ie hydroxypyridinone), allowing to increase the adhesiveness of the microfabricated dressing. Ciprofloxacin, a model antibiotic, was used to determine the release profile of two different systems: i) drug-powdered dressings or ii) drug-encapsulated alginate microparticles. The release profiles of the drug in both systems showed a rapid release of the drug in the first hours followed, by a controlled and sustained release over time, thus making these patches suitable for wound healing applications. Furthermore, cytotoxicity studies were performed, and the antimicrobial activity was verified. Overall, the results herein obtained suggest that our biocompatible patch could be implemented for wound regeneration, providing controlled and sustained delivery of high concentrations of drug, a moist environment and inherent antimicrobial activity that could solve the current problems associated with commercial medical dressings.

Nos últimos anos, os organismos biológicos têm sido a fonte de inspiração no desenvolvimento de pensos nano- ou micropadronizados para aplicações em diversas áreas médicas. Dentro das diversas técnicas de fabricação de micro e nanoarquitecturas, uma técnica de litografia suave foi utilizada pela primeira vez, no fabrico de um novo e otimizado penso de hidrogel com micropilares com espaçamentos bem definidos. Com base no conceito do biomimetismo, desenvolveu-se um penso micropadronizado derivado de laminarina capaz de captar uma grande quantidade de partículas de fármaco, tanto na forma de pó como encapsulado em microesferas de alginato. Tal foi inspirado na capacidade das abelhas aprisionarem os grãos de pólen entre os seus pêlos do corpo. Ademais, com o intuito de aumentarmos a capacidade adesiva do penso, e inspirada na grande adesividade dos mexilhões, a laminarina, previamente metacrilada para finalidades de reticulação e formação de hidrogel, foi modificada com grupos catecóis (i.e. hidroxipiridinona), a fim de aumentar a adesividade do penso microfabricado. A ciprofloxacina, um antibiótico modelo, foi utilizada para determinar o perfil de libertação de dois sistemas diferentes: pensos com i) fármaco em pó ou com ii) fármaco encapsulado em micropartículas de alginato. Os perfis de libertação do fármaco em ambos os sistemas mostram uma libertação rápida do fármaco nas primeiras horas, seguida de uma libertação controlada e sustentada ao longo do tempo, podendo por isso ser usados na regeneração de feridas. Mais ainda, foram realizados estudos de citotoxicidade bem como de atividade antimicrobiana dos sistemas produzidos. Em suma, os resultados obtidos propõem a aplicação deste penso biocompatível para regeneração de feridas, proporcionando uma entrega controlada e sustentada de elevadas concentrações de fármaco, um ambiente húmido e atividade antimicrobiana inerente que poderá resolver os problemas atuais associados aos penso médicos comerciais.