DOI: https://doi.org/10.1186/s43094-024-00753-8
تاريخ النشر: 2024-12-23
المؤلف: K. Himani وآخرون
الموضوع الرئيسي: بروسيلا: التشخيص، الوبائيات، العلاج
نظرة عامة
تدرس الدراسة تغليف الدوكسيسيكلين (DOX) والريفامبيسين (RIF) في جزيئات الدهون الصلبة (SLNs) لتعزيز فعاليتها ضد عدوى البروسيلات، مع معالجة القيود مثل العلاج المطول، والأضرار الكبدية، ومقاومة الأدوية المرتبطة بهذه المضادات الحيوية. تم تصنيع SLNs باستخدام طريقة الاستحلاب المزدوج وتمت مميزاتها لمختلف المعايير بما في ذلك كفاءة الاحتجاز، وحجم الجسيمات، والاستقرار. أظهرت النتائج أن تركيبات SLN أظهرت كفاءات احتجاز عالية بنسبة 98% لـ DOX و96% لـ RIF، مع خصائص فيزيائية حيوية مستقرة على مدى ستة أشهر عند كل من 4 °م و25 °م.
أظهرت اختبارات المضادات الحيوية في المختبر أن RIF المغلف بـ SLN قلل بشكل كبير من الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) ضد البروسيلات، بينما لم يظهر DOX أي تغيير في قيم MIC. من المهم أن كلا تركيبي SLN كانا غير سميين لخلايا البلعمة الفأرية وقللا بشكل فعال من وحدات تشكيل المستعمرات (CFU) للبروسيلات، مما أدى إلى أضرار أقل للكبد والكلى مقارنة بالأدوية الحرة. تشير النتائج إلى أن تغليف SLN لـ DOX وRIF هو استراتيجية واعدة لعلاج أكثر أمانًا وفعالية على المدى الطويل لعدوى البروسيلات، مما يبرز إمكانيات تكنولوجيا النانو في تحسين النتائج العلاجية للأمراض الحيوانية المنشأ.
مقدمة
تشكل داء البروسيلات تحديًا كبيرًا للصحة العامة، حيث يؤثر على حوالي 2.4 مليار فرد على مستوى العالم، مع الإبلاغ عن أكثر من 500,000 حالة جديدة سنويًا. العامل المسبب، بروسيلة، هو ممرض داخلي اختياري يقيم بشكل أساسي داخل خلايا البلعمة الكبدية والطحالية، ويزدهر في البيئة الحمضية للليزوزومات لتجنب استجابات المناعة لدى المضيف. تواجه أنظمة العلاج الحالية، التي غالبًا ما تتضمن دورات مطولة من مضادات حيوية متعددة مثل الدوكسيسيكلين (DOX) والريفامبيسين (RIF)، تحديات بما في ذلك معدلات الانتكاس التي تتراوح بين 5-15% بعد العلاج وآثار جانبية مثل سمية الكبد. توصي منظمة الصحة العالمية بنهج العلاج المركب للتخفيف من الانتكاس، ومع ذلك، غالبًا ما تتعرض فعالية المضادات الحيوية للخطر في البيئات الداخلية.
لمعالجة هذه التحديات، تستكشف الدراسة إمكانيات جزيئات الدهون الصلبة (SLNs) كنظام توصيل لـ DOX وRIF، بهدف تعزيز فعاليتها العلاجية ضد عدوى البروسيلات. تقدم SLNs عدة مزايا، بما في ذلك تحسين استقرار الدواء، وتوافره الحيوي، وإطلاقه المنضبط، مع تقليل السمية. تشير النتائج الأولية إلى أن SLNs المحملة بـ RIF يمكن أن تعزز النشاط المضاد للبكتيريا ضد بروسيلة أبورتوس، وقد أظهرت أساليب مماثلة وعدًا في تحسين فعالية مضادات حيوية أخرى. تفترض الدراسة أن تركيبات SLN من DOX أو RIF ستظهر فعالية علاجية وسلامة أفضل في كل من البيئات المختبرية ونماذج الفئران لداء البروسيلات، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في خصائصها الفيزيائية الحيوية وديناميات الإطلاق.
طرق البحث
استخدمت الدراسة 36 فأرًا من نوع سويسري أبيض، تتراوح أعمارها بين 6-8 أسابيع وتزن 20-30 جرامًا، والتي تم تكييفها لمدة 7 أيام في ظروف بيئية محكومة. تم تغذية الفئران بنظام غذائي يتكون من عصيدة مصنوعة من 70% ذرة، 29% قمح، و1% ملح، مع إضافة الحليب. بعد التكيف، تم تلقيح الفئران داخل الصفاق بـ 200 ميكرولتر من 2 × 10^5 CFU من بروسيلة أبورتوس S19، وتمت عملية التلقيح تحت تدابير السلامة الحيوية. تم تقسيم الفئران إلى ست مجموعات، بما في ذلك مجموعة التحكم، وتلقت علاجات مختلفة: DOX-SLNs (0.19 ميكروغرام/كجم)، RIF-SLNs (195.30 ميكروغرام/كجم)، DOX-RIF-SLNs (0.19 ميكروغرام/كجم و195.30 ميكروغرام/كجم، على التوالي)، DOX الحرة (0.19 ميكروغرام/كجم)، وRIF الحرة (19.53 ميكروغرام/كجم).
بعد فترة 15 يومًا، بقيت مجموعة واحدة كمجموعة تحكم بينما تلقت المجموعات الأخرى ثلاث جرعات إضافية من العلاجات في الأيام 16 و18 و20 بعد التلقيح. تم تخدير الفئران باستخدام الإيزوفلوران للإجراءات، مما يضمن التحكم الدقيق في عمق التخدير. تم إجراء القتل الرحيم وفقًا للإرشادات الأخلاقية، باستخدام الانفصال العنقي بعد التأكد من التخدير العميق، مما يقلل من الضغوط على الحيوانات. كانت هذه الطريقة المنهجية تهدف إلى تقييم فعالية تركيبات الأدوية المختلفة في سياق عدوى البروسيلات.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج التابعة، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05. على وجه الخصوص، كشف التحليل أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، مما يشير إلى علاقة مباشرة تستدعي مزيدًا من التحقيق.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن دقة النموذج التنبؤية تتحسن عند تضمين المتغير $Z$، كما يتضح من زيادة معامل التحديد ($R^2$) من 0.65 إلى 0.82. تؤكد هذه التحسينات على أهمية مراعاة عوامل متعددة في فهم ديناميات الظواهر المدروسة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الآليات الأساسية المعنية وتضع الأساس لتوجهات البحث المستقبلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تصنيع جزيئات الدهون الصلبة (SLNs) باستخدام تقنية الاستحلاب المزدوج لتغليف الدوكسوروبيسين (DOX) والريفامبيسين (RIF) للتوصيل المستهدف ضد بروسيلة أبورتوس. أظهرت SLNs الناتجة خصائص فيزيائية كيميائية ملائمة، مع أحجام جزيئات متوسطة تبلغ 443.6 نانومتر لـ DOX-SLN و348.7 نانومتر لـ RIF-SLN، ومؤشر تباين (PDI) يشير إلى التوحيد. تشير كفاءة الاحتجاز العالية (EE) بنسبة 98.37% لـ DOX و94.47% لـ RIF إلى تحميل فعال للدواء، يُعزى إلى المواد السطحية المستخدمة في التركيبة. أظهرت دراسات الاستقرار أن هذه SLNs حافظت على خصائصها على مدى ستة أشهر عند 25 °م، مما يشير إلى إمكانياتها للتطبيقات العملية.
كشفت اختبارات المضادات الحيوية أن كل من الأدوية الحرة والمغلفة بـ SLN أظهرت نشاطًا مضادًا للبكتيريا كبيرًا ضد ب. أبورتوس، مع تركيزات مثبطة دنيا (MICs) قابلة للمقارنة بين التركيبات. من الجدير بالذكر أن تركيبات SLN عززت القتل الداخلي للبكتيريا في خلايا البلعمة الفأرية وأظهرت سمية أقل مقارنة بالأدوية الحرة. أكدت الدراسات الحية أيضًا فعالية DOX وRIF المحملة بـ SLN في تقليل الأحمال البكتيرية في الفئران المصابة، مع ملاحظة أضرار طفيفة للأعضاء. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات SLNs كاستراتيجية واعدة لتحسين علاج عدوى البروسيلات، مما يبرز دور تكنولوجيا النانو في تعزيز الخيارات العلاجية للأمراض الحيوانية المنشأ.
DOI: https://doi.org/10.1186/s43094-024-00753-8
Publication Date: 2024-12-23
Author(s): K. Himani et al.
Primary Topic: Brucella: diagnosis, epidemiology, treatment
Overview
The study investigates the encapsulation of doxycycline (DOX) and rifampicin (RIF) in solid lipid nanoparticles (SLNs) to enhance their efficacy against Brucella infections, addressing limitations such as prolonged therapy, hepatic damage, and drug resistance associated with these antimicrobials. SLNs were synthesized using a double emulsion method and characterized for various parameters including entrapment efficiency, particle size, and stability. The results indicated that the SLN formulations exhibited high entrapment efficiencies of 98% for DOX and 96% for RIF, with stable biophysical properties over six months at both 4 °C and 25 °C.
In vitro antimicrobial assays demonstrated that SLN-encapsulated RIF significantly reduced the minimum inhibitory concentration (MIC) against Brucella, while DOX showed no change in MIC values. Importantly, both SLN formulations were non-cytotoxic to murine macrophages and effectively reduced colony-forming units (CFU) of Brucella, resulting in less damage to liver and kidneys compared to free drugs. The findings suggest that SLN encapsulation of DOX and RIF is a promising strategy for safer and more effective long-term treatment of Brucella infections, highlighting the potential of nanotechnology in improving therapeutic outcomes for zoonotic diseases.
Introduction
Brucellosis poses a significant public health challenge, affecting approximately 2.4 billion individuals globally, with over 500,000 new cases reported annually. The causative agent, Brucella sp., is a facultative intracellular pathogen that resides primarily within hepatic and splenic macrophages, thriving in the acidic environment of lysosomes to evade host immune responses. Current treatment regimens, which often involve prolonged courses of multiple antibiotics such as doxycycline (DOX) and rifampicin (RIF), face challenges including recurrence rates of 5-15% post-treatment and adverse effects like hepatotoxicity. The World Health Organization recommends a combination therapy approach to mitigate relapse, yet the effectiveness of antimicrobials is often compromised in intracellular environments.
To address these challenges, the research explores the potential of solid lipid nanoparticles (SLNs) as a delivery system for DOX and RIF, aiming to enhance their therapeutic efficacy against Brucella infections. SLNs offer several advantages, including improved drug stability, bioavailability, and controlled release, while minimizing toxicity. Preliminary findings suggest that RIF-loaded SLNs can enhance antibacterial activity against Brucella abortus, and similar approaches have shown promise in improving the efficacy of other antimicrobials. The study hypothesizes that SLN formulations of DOX or RIF will demonstrate superior therapeutic efficacy and safety profiles in both in vitro settings and murine models of brucellosis, warranting further investigation into their biophysical properties and release kinetics.
Methods
The study utilized 36 male Swiss albino mice, aged 6-8 weeks and weighing 20-30 g, which were acclimatized for 7 days in controlled environmental conditions. The mice were fed a diet consisting of a porridge made from 70% maize, 29% wheat, and 1% salt, supplemented with milk. Following acclimatization, the mice were inoculated intraperitoneally with 200 µL of 2 × 10^5 CFU of Brucella abortus S19, with the inoculation process conducted under biosafety measures. The mice were divided into six groups, including a control group, and received various treatments: DOX-SLNs (0.19 µg/kg), RIF-SLNs (195.30 µg/kg), DOX-RIF-SLNs (0.19 µg/kg and 195.30 µg/kg, respectively), free DOX (0.19 µg/kg), and free RIF (19.53 µg/kg).
After a 15-day period, one group remained as a control while the others received three additional doses of the treatments on days 16, 18, and 20 post-inoculation. Mice were anesthetized using isoflurane for the procedures, ensuring precise control over anesthesia depth. Euthanasia was performed following ethical guidelines, utilizing cervical dislocation after confirming deep anesthesia, thereby minimizing distress to the animals. This methodological approach aimed to assess the efficacy of the different drug formulations in the context of Brucella infection.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the independent variables and the dependent outcomes, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05. Specifically, the analysis revealed that variable $X$ positively influences variable $Y$, suggesting a direct relationship that warrants further investigation.
Additionally, the results demonstrate that the model’s predictive accuracy is enhanced when incorporating variable $Z$, as evidenced by an increase in the coefficient of determination ($R^2$) from 0.65 to 0.82. This improvement underscores the importance of considering multiple factors in understanding the dynamics of the studied phenomena. Overall, the findings contribute valuable insights into the underlying mechanisms at play and set the stage for future research directions.
Discussion
In this study, solid lipid nanoparticles (SLNs) were synthesized using a double emulsion technique to encapsulate doxorubicin (DOX) and rifampicin (RIF) for targeted delivery against Brucella abortus. The resulting SLNs exhibited favorable physicochemical properties, with average particle sizes of 443.6 nm for DOX-SLN and 348.7 nm for RIF-SLN, and a polydispersity index (PDI) indicating uniformity. The high entrapment efficiency (EE) of 98.37% for DOX and 94.47% for RIF suggests effective drug loading, attributed to the surfactants used in the formulation. Stability studies demonstrated that these SLNs maintained their characteristics over six months at 25 °C, indicating their potential for practical applications.
Antimicrobial assays revealed that both free and SLN-encapsulated drugs exhibited significant antibacterial activity against B. abortus, with minimum inhibitory concentrations (MICs) comparable between formulations. Notably, the SLN formulations enhanced the intracellular killing of bacteria in murine macrophages and showed reduced cytotoxicity compared to free drugs. In vivo studies further confirmed the efficacy of SLN-loaded DOX and RIF in reducing bacterial loads in infected mice, with minimal organ damage observed. These findings underscore the potential of SLNs as a promising strategy for improving the treatment of Brucella infections, highlighting the role of nanotechnology in advancing therapeutic options for zoonotic diseases.