DOI: https://doi.org/10.4274/tjps.galenos.2025.57455
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41615213
تاريخ النشر: 2026-01-30
المؤلف: Sinem SAAR وآخرون
الموضوع الرئيسي: الألياف النانوية المصنوعة بالتقنية الكهربائية في التطبيقات الطبية
نظرة عامة
تدرس الدراسة تحسين الألياف النانوية المعتمدة على بولي (الفينيل الكحول) (PVA) للتوصيل الدوائي المهبلي، مع التركيز على تأثيرات تركيز البوليمر، ونظام المذيب، وسرعة دوران المجمع. يُعرف PVA بخصائصه المحبة للماء، القابلة للتحلل البيولوجي، والالتصاق بالمخاط، وتم إذابته في الماء المقطر ودمجه مع N,N-dimethylformamide (DMF) أو الإيثانول. استخدمت الأبحاث نهج تصميم التجارب (DoE) لتقييم الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمحلول البوليمر، مما أدى إلى إنتاج ألياف نانوية بأقطار وخصائص ميكانيكية متغيرة. أظهرت النتائج أن زيادة تركيز PVA عززت من قوة الشد من $1.41 \pm 0.07$ ميغاباسكال إلى $3.92 \pm 0.14$ ميغاباسكال (p<0.0001) وأن سرعة دوران المجمع أثرت بشكل كبير على الالتصاق بالمخاط، حيث تم إنتاج التركيبة المثلى (R3) عند 1000 دورة في الدقيقة. تسلط النتائج الضوء على مزايا الألياف النانوية المنسوجة كهربائيًا للتطبيق المهبلي، بما في ذلك هيكلها القابل للتكيف الذي يقلل من التسرب ويعزز قبول المرضى. أظهرت التركيبة المحسّنة R3 خصائص ميكانيكية مرغوبة، مثل قوة الشد التي تتجاوز 1 ميغاباسكال والانقطاع عند الكسر الذي يزيد عن 50%، إلى جانب شكل الألياف الموحد. تؤكد هذه الدراسة على إمكانية استخدام الألياف النانوية المعتمدة على PVA كمنصة متفوقة للتوصيل الدوائي المهبلي، مما يمهد الطريق لدراسات مستقبلية حول دمج الأدوية والتقييمات في المختبر وفي الجسم لتقييم القابلية السريرية بشكل أكبر.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على مزايا أنظمة التوصيل الدوائي المهبلي، بما في ذلك زيادة التوافر البيولوجي بسبب تجنب الأيض الأولي الكبدي وإمكانية تحقيق تأثيرات علاجية محلية وعامة. يتم التأكيد على قبول المستخدم كعامل حاسم، يتأثر بسهولة الاستخدام، وتصميم التركيبة، والتوافق الحيوي للمواد المضافة، خاصة عند معالجة الغشاء المخاطي المهبلي المتضرر. تناقش الورقة الاهتمام المتزايد في تكنولوجيا النانو، وبشكل خاص استخدام الألياف النانوية، التي تقدم خصائص فريدة مثل مساحة السطح العالية، المسامية القابلة للتعديل، والخصائص الميكانيكية المواتية، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية بما في ذلك توصيل الأدوية.
يركز المؤلفون على الألياف النانوية المعتمدة على بولي (الفينيل الكحول) (PVA)، والتي تُعرف بخصائصها المحبة للماء، والتوافق الحيوي، والمرونة في تطبيقات توصيل الأدوية. أظهرت الدراسات السابقة فعالية ألياف PVA النانوية في توصيل مجموعة متنوعة من العوامل العلاجية، بما في ذلك تلك المستخدمة لعلاج سرطان عنق الرحم والقلاع المهبلي. ومع ذلك، يحدد المؤلفون فجوة في تحسين هذه الألياف بشكل منهجي فيما يتعلق بسلامتها الميكانيكية وخصائص الالتصاق بالمخاط. لمعالجة ذلك، يقترحون نهج تصميم التجارب (DoE) لتحسين تركيبات ألياف PVA النانوية، بهدف إنشاء إطار تنبؤي لأنظمة التوصيل الدوائي المهبلي التي تلبي معايير ميكانيكية وملتصقة بالمخاط محددة. تسعى هذه الدراسة إلى تعزيز أداء وقبول المستخدم لأشكال الجرعات المهبلية من خلال فهم كمي للعلاقات بين معلمات التركيبة.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجارب والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، إلى جانب مصادرها وطرق تحضيرها. كما يصف القسم المنهجية لجمع البيانات، بما في ذلك إعداد التجربة، وتدابير التحكم، والتحليلات الإحصائية المطبقة لضمان صحة وموثوقية النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتوسع القسم في البروتوكولات المتبعة لإجراء التجارب، مثل الظروف التي أجريت فيها التجارب، ومدة كل تجربة، وأي تقنيات محددة تم استخدامها للقياس أو الملاحظة. يضمن هذا النهج الشامل إمكانية تكرار الدراسة وأن النتائج قوية وصحيحة علميًا.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي أجريت. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أنه مع زيادة المتغير $X$، هناك زيادة مقابلة في المتغير $Y$، تم قياسها بمعامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى علاقة إيجابية قوية.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين ملحوظ في مقاييس الأداء المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.01 تشير إلى دلالة إحصائية. وهذا يشير إلى أن التدخل فعال في تحسين النتائج ذات الصلة. بشكل عام، توفر النتائج أدلة قوية تدعم الفرضيات المطروحة في بداية البحث، مما يسلط الضوء على الآثار المحتملة للدراسات المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني.
مناقشة
في هذه الدراسة، أثرت الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمحلول البوليمر بشكل كبير على عملية النسيج الكهربائي والشكل الناتج وخصائص الألياف النانوية المعتمدة على بولي (الفينيل الكحول) (PVA). زادت لزوجة المحاليل مع ارتفاع تركيز البوليمر، مما سهل تشكيل الألياف الخالية من الكريات من خلال تعزيز تشابك سلاسل البوليمر. على وجه الخصوص، أنتجت التركيبات التي تحتوي على 15% PVA أليافًا أكثر سمكًا (حتى 1721±114 نانومتر) مقارنة بتلك التي تحتوي على 7.5% PVA (بسمك يصل إلى 196±41 نانومتر)، مما يؤكد أن اللزوجة تلعب دورًا حاسمًا في استقرار النفاثة وقطر الألياف. كما أثر نظام المذيب على التوتر السطحي والموصلية، حيث أظهرت خلطات الإيثانول والماء توترًا سطحيًا وموصلية أقل من خلطات DMF والماء، مما أثر بدوره على تشكيل الألياف وشكلها.
أظهرت الاختبارات الميكانيكية أن قوة الشد والانقطاع عند الكسر كانت مرتبطة إيجابيًا بتركيز البوليمر وسرعة دوران المجمع. أظهرت التركيبات المنسوجة بسرعات أعلى (1000 دورة في الدقيقة) تحسينًا في محاذاة الألياف، مما أدى إلى تعزيز الخصائص الشد. من الجدير بالذكر أن التركيبة R3، التي جمعت بين قطر الألياف المثالي والمحاذاة، أظهرت قوة شد قدرها 1.657±0.133 ميغاباسكال وانقطاع عند الكسر قدره 73.12±6.15%. علاوة على ذلك، تأثرت خصائص الالتصاق بالمخاط للألياف النانوية بكل من تركيز البوليمر ومعلمات المعالجة، حيث أدت سرعات الدوران الأعلى إلى قيم أكبر من الالتصاق بالمخاط. تؤكد هذه النتائج على أهمية تحسين كل من الخصائص الفيزيائية والكيميائية لمحلول البوليمر ومعلمات النسيج الكهربائي لتحقيق خصائص ألياف نانوية مرغوبة للتطبيقات المحتملة.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود تؤثر على شمولية نتائجها. بشكل أساسي، ركزت الأبحاث على تحسين الألياف النانوية المعتمدة على بولي (الفينيل الكحول) (PVA) بدون دمج المكونات الصيدلانية النشطة، مما أدى إلى إغفال التقييمات الحيوية لتفاعلات الدواء-البوليمر، وكفاءة تحميل الدواء، وملفات إطلاق الدواء. كان التركيز التجريبي مقصورًا على التوصيف الميكانيكي والالتصاق بالمخاط، مما ترك خارجًا معلمات الأداء الأساسية المتعلقة بالتطبيقات المهبلية، مثل إطلاق الدواء في المختبر، والنفاذية، والاستقرار تحت ظروف مهبلية محاكاة، والسمية الخلوية، والاحتفاظ في الجسم.
بالإضافة إلى ذلك، يحد غياب دراسات النفاذية باستخدام نماذج مهبلية خارج الجسم أو قائمة على الخلايا من تقييم النقل المخاطي، بينما يعيق عدم وجود اختبارات سمية خلوية التقييم الأولي للتوافق الحيوي. لم تُجرَ تقييمات الاستقرار تحت ظروف مهبلية محاكاة، وهي ضرورية لفهم سلوك الأنظمة المعتمدة على PVA في وجود السوائل المهبلية ومستويات pH المتغيرة. علاوة على ذلك، تفتقر نتائج الالتصاق بالمخاط في المختبر إلى التحقق من خلال دراسات الاحتفاظ في الجسم، والتي تعتبر ضرورية لتأكيد الإقامة المطولة للتركيبة تحت الظروف الفسيولوجية. من المتوقع أن تعالج الأبحاث المستقبلية هذه الفجوات من خلال دمج أدوية نموذجية أو مركبات نشطة ذات صلة سريريًا وإجراء تقييمات شاملة في المختبر وفي الجسم لتوصيف الأداء العلاجي وملف السلامة لتركيبة الألياف النانوية المحسّنة بشكل كامل.
DOI: https://doi.org/10.4274/tjps.galenos.2025.57455
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41615213
Publication Date: 2026-01-30
Author(s): Sinem SAAR et al.
Primary Topic: Electrospun Nanofibers in Biomedical Applications
Overview
The study investigates the optimization of poly(vinyl alcohol) (PVA)-based electrospun nanofibers for vaginal drug delivery, focusing on the effects of polymer concentration, solvent system, and collector rotation speed. PVA, known for its hydrophilic, biodegradable, and mucoadhesive properties, was dissolved in distilled water and combined with either N,N-dimethylformamide (DMF) or ethanol. The research utilized a design of experiments (DoE) approach to evaluate the physicochemical properties of the polymer solutions, leading to the production of nanofibers with varying diameters and mechanical properties. Results indicated that increasing PVA concentration enhanced tensile strength from $1.41 \pm 0.07$ MPa to $3.92 \pm 0.14$ MPa (p<0.0001) and that the collector rotation speed significantly influenced mucoadhesion, with the optimal formulation (R3) being produced at 1000 rpm. The findings highlight the advantages of electrospun nanofibers for vaginal administration, including their conformable structure that minimizes leakage and enhances patient acceptability. The optimized R3 formulation demonstrated desirable mechanical properties, such as tensile strength exceeding 1 MPa and elongation at break greater than 50%, alongside uniform fiber morphology. This research underscores the potential of PVA-based electrospun nanofibers as a superior platform for vaginal drug delivery, paving the way for future studies on drug incorporation and in vitro and in vivo evaluations to further assess clinical applicability.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the advantages of vaginal drug delivery systems, including enhanced bioavailability due to avoidance of hepatic first-pass metabolism and the potential for both local and systemic therapeutic effects. User acceptability is emphasized as a critical factor, influenced by ease of use, formulation design, and the biocompatibility of excipients, particularly when addressing compromised vaginal mucosa. The paper discusses the growing interest in nanotechnology, specifically the use of nanofibers, which offer unique properties such as high surface area, tunable porosity, and favorable mechanical characteristics, making them suitable for various biomedical applications including drug delivery.
The authors focus on poly(vinyl alcohol) (PVA) nanofibers, which are noted for their hydrophilicity, biocompatibility, and versatility in drug delivery applications. Previous studies have demonstrated the efficacy of PVA nanofibers in delivering various therapeutic agents, including those for cervical cancer and vaginal candidiasis. However, the authors identify a gap in the systematic optimization of these nanofibers regarding their mechanical integrity and mucoadhesive properties. To address this, they propose a Design of Experiments (DoE) approach to optimize PVA nanofiber formulations, aiming to establish a predictive framework for vaginal drug delivery systems that meets specific mechanical and mucoadhesive criteria. This study seeks to enhance the performance and user acceptance of vaginal dosage forms through a quantitative understanding of the relationships among formulation parameters.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, along with their sources and preparation methods. The section also describes the methodology for data collection, including the experimental setup, control measures, and statistical analyses applied to ensure the validity and reliability of the results.
Additionally, the section may elaborate on the protocols followed for conducting experiments, such as the conditions under which experiments were performed, the duration of each trial, and any specific techniques utilized for measurement or observation. This comprehensive approach ensures that the study can be replicated and that the findings are robust and scientifically sound.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicate a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that as variable $X$ increases, there is a corresponding increase in variable $Y$, quantified by a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong positive relationship.
Additionally, the findings reveal that the intervention applied in the study led to a marked improvement in the measured performance metrics, with a p-value of less than 0.01 indicating statistical significance. This suggests that the intervention is effective in enhancing the outcomes of interest. Overall, the results provide compelling evidence supporting the hypotheses posed at the outset of the research, highlighting the potential implications for future studies and practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, the physicochemical properties of polymer solutions significantly influenced the electrospinning process and the resultant morphology and mechanical properties of poly(vinyl alcohol) (PVA) nanofibers. The viscosity of the solutions increased with higher polymer concentrations, which facilitated the formation of bead-free fibers by enhancing polymer chain entanglement. Specifically, formulations with 15% PVA produced thicker fibers (up to 1721±114 nm) compared to those with 7.5% PVA (as fine as 196±41 nm), confirming that viscosity plays a crucial role in jet stability and fiber diameter. The solvent system also affected surface tension and conductivity, with ethanol-water mixtures exhibiting lower surface tension and conductivity than DMF-water mixtures, which in turn influenced fiber formation and morphology.
Mechanical testing revealed that tensile strength and elongation at break were positively correlated with polymer concentration and collector rotation speed. Formulations spun at higher speeds (1000 rpm) demonstrated improved fiber alignment, leading to enhanced tensile properties. Notably, the R3 formulation, which combined optimal fiber diameter and alignment, exhibited a tensile strength of 1.657±0.133 MPa and an elongation at break of 73.12±6.15%. Furthermore, the mucoadhesive properties of the nanofibers were influenced by both polymer concentration and processing parameters, with higher rotation speeds yielding greater mucoadhesion values. These findings underscore the importance of optimizing both the physicochemical properties of the polymer solutions and the electrospinning parameters to achieve desirable nanofiber characteristics for potential applications.
Limitations
The study presents several limitations that impact the comprehensiveness of its findings. Primarily, the research concentrated on optimizing blank polyvinyl alcohol (PVA)-based electrospun nanofibers without incorporating active pharmaceutical ingredients, thereby omitting critical evaluations of drug-polymer interactions, drug-loading efficiency, and drug-release profiles. The experimental focus was restricted to mechanical and mucoadhesive characterization, leaving out essential performance parameters pertinent to vaginal applications, such as in vitro drug release, permeation, stability under simulated vaginal conditions, cytotoxicity, and in vivo retention.
Additionally, the absence of permeability studies using ex vivo or cell-based vaginal models restricts the assessment of mucosal transport, while the lack of cytotoxicity testing hinders an initial evaluation of biocompatibility. Stability assessments under simulated vaginal conditions were not conducted, which are vital for understanding the behavior of PVA-based systems in the presence of vaginal fluids and varying pH levels. Furthermore, the in vitro mucoadhesion results lack validation through in vivo retention studies, which are necessary to confirm the prolonged residence of the formulation under physiological conditions. Future research is anticipated to address these gaps by incorporating model drugs or clinically relevant active compounds and conducting thorough in vitro and in vivo evaluations to fully characterize the therapeutic performance and safety profile of the optimized nanofiber formulation.