DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38086-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41720836
تاريخ النشر: 2026-02-20
المؤلف: Samar A. Salim وآخرون
الموضوع الرئيسي: الألياف النانوية المصنوعة بالتقنية الكهربائية في التطبيقات الطبية
نظرة عامة
تركز البحث على تطوير هياكل نانوية محملة بمادتين دوائيتين مصنوعة من حمض اللاكتيك (PLA) وكحول البوليفينيل (PVA). تتضمن هذه الهياكل روفلوميلست، وهو مثبط انتقائي للفوسفوديستراز-4 له خصائص مضادة للالتهابات، وL-أرجينين، وهو سلف أكسيد النيتريك الذي يعزز شفاء الجروح وتجديد الأنسجة. باستخدام تقنية النسيج الكهربائي ثنائي الفوهة، نجحت الدراسة في تحميل هذين الدواءين في مراحل PLA وPVA. أكدت التحليلات من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD) على الشكل المتسق للألياف وطبيعة الدمج غير المتبلور للدواء، مما يشير إلى توافق جيد بين الأدوية ومصفوفة البوليمر.
أظهر تحليل نسبة الانتفاخ أن الألياف المحملة بمادتين دوائيتين أظهرت انتفاخًا أوليًا أقصى قدره 610%، واستقرت عند حوالي 240%، مما يشير إلى سلوك ترطيب محكوم يتأثر بتكوين البوليمر-الدواء. أظهرت الاختبارات الحية باستخدام نموذج شفاء جروح الفئران أن الألياف النانوية المحملة بمادتين دوائيتين حققت شفاءً مثيرًا للإعجاب بنسبة ~99.8% بحلول اليوم 14، متفوقة بشكل كبير على الألياف النانوية المحملة بدواء واحد والمجموعات الضابطة. بشكل عام، تسلط هذه الدراسة الضوء على إمكانيات الألياف النانوية المحملة بمادتين دوائيتين كأنظمة ضمادات جروح متعددة الوظائف فعالة، مع تأكيد التحليلات الشكلية والطيفية على سلامة مصفوفة البوليمر-الدواء والتشتت غير المتبلور المفيد للمكونات النشطة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للجلد كأكبر عضو في الجسم، مع التأكيد على وظائفه مثل الإخراج، وتخليق فيتامين د، وحماية من مسببات الأمراض، والحفاظ على الترطيب، وتنظيم درجة الحرارة. تشير إلى أن الإصابات الجلدية الشديدة يمكن أن تكون مهددة للحياة وأن عملية شفاء الجروح معقدة، حيث تتضمن تفاعلات معقدة بين الخلايا وعوامل النمو والسيتوكينات لتعزيز إغلاق الآفات. يتم مناقشة أنواع مختلفة من الضمادات، بما في ذلك الأفلام، والهيدروجيل، والألياف النانوية المنسوجة كهربائيًا (NFs)، لقدرتها على خلق بيئة ملائمة لنمو الخلايا وهجرتها، مما يسرع من الشفاء.
ومع ذلك، تشير المقدمة إلى القيود الكبيرة للضمادات الحالية: يمكن أن تكون الأفلام مؤلمة للإزالة وهي مناسبة بشكل أساسي للجروح غير عالية الإفراز، بينما قد تعاني الهيدروجيل من ضعف الالتصاق والقوة الميكانيكية. في المقابل، يتم تسليط الضوء على الألياف النانوية المنسوجة كهربائيًا لإمكاناتها العلاجية بسبب تشابهها مع المصفوفة خارج الخلوية الطبيعية، مما يعزز التصاق الخلايا، والهجرة، وتجديد الأنسجة. تشمل مزاياها نسبة عالية من مساحة السطح إلى الحجم، ووجود مسام متصلة، وخصائص فيزيائية كيميائية قابلة للتخصيص. تختتم هذه الفقرة بالإشارة إلى أن النسيج الكهربائي هو طريقة شائعة لتصنيع الألياف النانوية من البوليمرات الطبيعية والاصطناعية، مثل بوليلاكتيك (PLA) وكحول البوليفينيل (PVA)، الأخير هو بوليمر اصطناعي قابل للتحلل يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات رعاية الجروح.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام المواد بما في ذلك روفلوميلست، الذي تم توفيره من قبل الصناعات الدوائية الأندلسية (مصر). تم الحصول على البوليمر حمض اللاكتيك (PLA)، تحديدًا Ingeo™ 6202D، من NatureWorks LLC (الولايات المتحدة الأمريكية). بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على L-أرجينين وكلوروفورم من ميرك (ألمانيا)، بينما تم الحصول على كحول البوليفينيل (PVA) من ألفا كيميكا (مومباي، الهند).
توضح فقرة الطرق كيفية الحصول على هذه المواد، مما يشير إلى التركيز على المركبات عالية الجودة والمتاحة تجاريًا للإجراءات التجريبية. تشير اختيار هذه المواد المحددة إلى نهج مستهدف لتشكيل وتحليل أهداف الدراسة، على الرغم من عدم تقديم بروتوكولات تجريبية مفصلة وتقنيات تحليلية في هذا الاقتباس.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضيات الأساسية التي تم اختبارها. كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى احتمال قوي بأن التأثيرات الملحوظة ليست بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت البيانات زيادة في مقاييس الأداء، التي تم قياسها باستخدام مقاييس قياسية.
علاوة على ذلك، تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية. تتماشى النتائج مع الدراسات السابقة التي تشير إلى أن التدخلات المماثلة يمكن أن تحقق تأثيرات إيجابية، مما يعزز من صحة البحث الحالي. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، بما في ذلك حجم العينة والانحيازات المحتملة، التي قد تؤثر على إمكانية تعميم النتائج. يتم اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية لاستكشاف هذه النتائج بشكل أكبر ومعالجة القيود المحددة.
مناقشة
في هذه الدراسة، طور المؤلفون هياكل نانوية محملة بمادتين دوائيتين باستخدام تقنيات النسيج الكهربائي، تجمع بين حمض اللاكتيك (PLA) وكحول البوليفينيل (PVA) لتعزيز خصائص شفاء الجروح. كان الهدف من دمج روفلوميلست، وهو مثبط انتقائي للفوسفوديستراز-4، وL-أرجينين، وهو حمض أميني معروف بدوره في تخليق الكولاجين وتكوين الأوعية، هو الاستفادة من تأثيراتهما التآزرية على شفاء الجروح. أظهرت هياكل PLA/PVA الناتجة خصائص ملائمة مثل المحبة للماء، والقوة الميكانيكية، وإطلاق الدواء المنظم، وهي عوامل حاسمة لإدارة الجروح بشكل فعال.
كشفت التحليلات عن الألياف النانوية أن عملية النسيج الكهربائي أنتجت بنجاح أليافًا متجانسة وخالية من الكريات بأقطار متفاوتة حسب تحميل الدواء. تم أيضًا تقييم سلوك الانتفاخ للهياكل، مما يشير إلى أن وجود مكونات محبة للماء مثل PVA وL-أرجينين يؤثر بشكل كبير على حركية الانتفاخ واستقرار الألياف النانوية. ومن الجدير بالذكر أن التركيبة المحملة بمادتين دوائيتين أظهرت أعلى انتفاخ أولي، مما يشير إلى احتفاظ محسّن بالرطوبة، وهو أمر أساسي لتعزيز هجرة الخلايا وتجديد الأنسجة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن هذه الهياكل النانوية المنسوجة كهربائيًا يمكن أن تعمل كضمادات جروح فعالة، تجمع بين الفوائد العلاجية لكلا العاملين النشطين لتحسين نتائج الشفاء.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38086-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41720836
Publication Date: 2026-02-20
Author(s): Samar A. Salim et al.
Primary Topic: Electrospun Nanofibers in Biomedical Applications
Overview
The research focuses on the development of dual-drug-loaded electrospun nanofibrous scaffolds made from poly(lactic acid) (PLA) and poly(vinyl alcohol) (PVA). These scaffolds incorporate roflumilast, a selective phosphodiesterase-4 inhibitor with anti-inflammatory properties, and L-arginine, a nitric oxide precursor that promotes wound healing and tissue regeneration. Utilizing a dual-spinneret electrospinning technique, the study successfully co-loaded these drugs into the PLA and PVA phases. Characterization through scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray diffraction (XRD) confirmed the scaffolds’ consistent fiber morphology and the amorphous nature of the drug incorporation, indicating good compatibility between the drugs and the polymer matrix.
The swelling ratio analysis revealed that the dual-drug-loaded fibers exhibited a maximum initial swelling of 610%, stabilizing at approximately 240%, which suggests controlled hydration behavior influenced by the polymer-drug composition. In vivo testing using a rat excision wound healing model demonstrated that the dual-drug-loaded nanofibers achieved an impressive ~99.8% wound healing by day 14, significantly outperforming both single-drug-loaded nanofibers and control groups. Overall, this study highlights the potential of dual-drug electrospun PLA/PVA nanofibers as an effective multifunctional wound dressing system, with morphological and spectroscopic analyses confirming the integrity of the polymer-drug matrix and the beneficial amorphous dispersion of the active ingredients.
Introduction
The introduction highlights the critical role of skin as the largest organ in the body, emphasizing its functions such as excretion, vitamin D synthesis, pathogen protection, hydration maintenance, and temperature regulation. It notes that severe dermal injuries can be life-threatening and that the wound healing process is complex, involving intricate interactions among cells, growth factors, and cytokines to promote lesion closure. Various wound dressings, including films, hydrogels, and electrospun nanofibers (NFs), are discussed for their ability to create a conducive environment for cellular growth and migration, thereby accelerating healing.
However, the introduction points out significant limitations of current dressings: films can be painful to remove and are primarily suitable for non-highly exuding wounds, while hydrogels may suffer from poor adhesion and mechanical strength. In contrast, electrospun NFs are highlighted for their therapeutic potential due to their resemblance to the natural extracellular matrix, which enhances cell adhesion, migration, and tissue regeneration. Their advantages include a high surface area-to-volume ratio, interconnected porosity, and customizable physicochemical properties. The section concludes by mentioning that electrospinning is a common method for fabricating NFs from both natural and synthetic polymers, such as polylactide (PLA) and polyvinyl alcohol (PVA), the latter being a biodegradable synthetic polymer widely utilized in wound care applications.
Methods
In this study, the materials utilized included Roflumilast, which was provided by Al Andalous Pharmaceutical Industries (Egypt). The polymer polylactic acid (PLA), specifically Ingeo™ 6202D, was sourced from NatureWorks LLC (USA). Additionally, L-arginine and chloroform were acquired from Merck (Germany), while polyvinyl alcohol (PVA) was obtained from Alpha Chemika (Mumbai, India).
The methods section outlines the procurement of these materials, indicating a focus on high-quality and commercially available compounds for the experimental procedures. The selection of these specific materials suggests a targeted approach to the formulation and analysis of the study’s objectives, although detailed experimental protocols and analytical techniques are not provided in this excerpt.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypotheses tested. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting a strong likelihood that the observed effects are not due to chance. Specifically, the data showed an increase in the performance metrics, which were quantified using standard measures.
Furthermore, the discussion highlights the implications of these findings in the context of existing literature. The results align with previous studies that suggest similar interventions can yield positive effects, thereby reinforcing the validity of the current research. Limitations of the study are acknowledged, including sample size and potential biases, which may affect the generalizability of the results. Future research directions are proposed to further explore these findings and address the identified limitations.
Discussion
In this study, the authors developed dual-drug-loaded nanofibrous scaffolds using electrospinning techniques, combining polylactic acid (PLA) and polyvinyl alcohol (PVA) to enhance wound healing properties. The incorporation of roflumilast, a selective phosphodiesterase-4 inhibitor, and L-arginine, an amino acid known for its role in collagen synthesis and angiogenesis, aimed to leverage their synergistic effects on wound healing. The resulting PLA/PVA scaffolds exhibited favorable characteristics such as hydrophilicity, mechanical strength, and controlled drug release, which are critical for effective wound management.
Characterization of the nanofibers revealed that the electrospinning process successfully produced uniform, bead-free fibers with varying diameters depending on the drug loading. The swelling behavior of the scaffolds was also assessed, indicating that the presence of hydrophilic components like PVA and L-arginine significantly influenced the swelling kinetics and stability of the nanofibers. Notably, the dual-drug-loaded formulation demonstrated the highest initial swelling, suggesting enhanced moisture retention, which is essential for promoting cell migration and tissue regeneration. Overall, the findings suggest that these electrospun nanofibrous scaffolds could serve as effective wound dressings, combining the therapeutic benefits of both bioactive agents to improve healing outcomes.