Ett tvärvetenskapligt team av Cornell-forskare har identifierat ett innovativt sätt att utnyttja de antioxidanta och antibakteriella egenskaperna hos den botaniska föreningen lawsone för att göra nanofiberbelagda bomullsbandage som bekämpar infektioner och hjälper sår att läka snabbare.
Deras resultat, publicerade i International Journal of Pharmaceutics , är särskilt viktiga med tanke på den ökande prevalensen av multiresistenta bakterier.
Bomullsväv är en av de vanligaste sårförbanden; det är billigt, lättillgängligt, bekvämt och biokompatibelt. Det främjar dock inte läkning eller bekämpar infektioner.
"Bomull ensam kan inte ge ett svar på dessa komplikationer - det måste biofunktionaliseras", säger huvudförfattaren Mohsen Alishahi, en doktorand i fibervetenskap som arbetar i NanoFibers and NanoTextiles (NanoFibTex) Laboratory vid College of Human Ecology's Department of Human Centrerad design (HCD).
Tamer Uyar, docent i HCD och labbets chef, sa att ett av dess huvudsakliga forskningsintressen är att utveckla funktionella fibrer från hållbara material och utforska deras potentiella tillämpningar i medicinska textilier och system för läkemedelstillförsel.
För detta arbete använde Alishahi, Uyar och doktoranden Mahmoud Aboelkheir lawsone, en röd-orange förening som finns i hennablad och som har antioxidant, antiinflammatoriska och antimikrobiella egenskaper, för att öka bomullens prestanda.
Lawsone har visat sig hjälpa sår att läka snabbare, men det är svårt att lösas upp i en lösning och absorberas inte lätt av kroppen. För att övervinna dessa begränsningar använde teamet cyklodextriner, en familj av naturliga oligosackarider framställda av stärkelse, för att skapa en inklusionsförening som binder lawsone-molekylerna i cyklodextrinet.
De använde sedan elektrospinningsutrustning för att producera en enhetlig nanofibrös beläggning från lawsone-cyklodextrinlösningen och fånga den på en nonwoven bomullsdyna. De fann att det experimentella förbandet hade betydligt högre antioxidantaktivitet – som lovade snabbare sårläkning – jämfört med ren lawson, tack vare den ökade lösligheten av lawsonen genom inkludering av cyklodextrin och det höga förhållandet mellan yta och volym i det nanofibrösa systemet.
NanoFibTex-teamet arbetade sedan med Craig Altier, professor i befolkningsmedicin och diagnostiska vetenskaper, och Rimi Chowdhury, senior forskarassistent, båda vid College of Veterinary Medicine, för att testa förbandets biologiska egenskaper. Det experimentella förbandet hade utmärkt antibakteriell prestanda mot gram-negativa och gram-positiva bakteriearter och utrotade effektivt E. coli- och staph-bakterier vid testning.
"Den långvariga överanvändningen av syntetiska antibiotika i höga koncentrationer har bidragit till uppkomsten av den dödliga epidemin av multiresistenta mikrober," sa Uyar. "Så användningen av naturliga och potenta antibakteriella medel som lawsone kan fungera som ett alternativ till syntetiska antibakteriella medel."
"Sårförband bör ge en lämplig miljö för att underlätta läkning och förhindra infektion," sa Alishahi. "Genom att använda helt naturliga material som bomull, cyklodextrin och lawsone kan detta förband underlätta både eftersom det har omfattande antioxidant- och antibakteriell aktivitet."
Alishahi sa att förbandet skulle vara särskilt användbart för kroniska sår som är mycket känsliga för infektion, som diabetiska sår och brännskador. De antioxiderande och antiinflammatoriska egenskaperna skulle också gynna mer rutinmässiga sår genom att minska bildningen av ärr.
"Jag är bekant med de komplikationer som patienter möter på grund av bristen på lämpliga förband", säger Alishahi, som tidigare arbetade på ett forskningscenter för brännskador och sårläkning. "Mitt slutmål är att utveckla ett förband som kan övervinna dessa svårigheter för dem. Detta arbete öppnar dörrar till att skapa medicinska textilier som är bra för miljön och bra för helande."
Mer information: Mohsen Alishahi et al, Functionalization of cotton nonwoven med cyclodextrin/lawsone inklusionskomplex nanofibrös beläggning för antibakteriell sårförband, International Journal of Pharmaceutics (2024). DOI:10.1016/j.ijpharm.2024.123815
Tillhandahålls av Cornell University
