DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-64416-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38862754
تاريخ النشر: 2024-06-11
المؤلف: Jaber Hemmati وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تتناول الدراسة التحدي المتزايد الذي تطرحه سلالات *Pseudomonas aeruginosa* المقاومة للمضادات الحيوية، والتي تسبب عدوى شديدة وتقدم عقبات علاجية كبيرة. لمكافحة هذه المشكلة، تحقق الدراسة في صياغة أنظمة توصيل الأدوية النيوصومية التي تتضمن ستيريلامين (SA) لتعزيز الفعالية المضادة للبكتيريا والمضادة للأغشية الحيوية للكيرسيتين (QCT). تم تطوير صيغتين: نيوصوم محمل بالكيرسيتين (QCT-niosome) ونيوسوم محمل بـ SA (QCT-SA-niosome)، تم تصنيعها باستخدام تقنية ترطيب الفيلم الرقيق. تم إجراء توصيف لهذه الصيغ من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (FE-SEM)، وقياسات الجهد الزتاوي، وكفاءة الاحتجاز (EE%)، وملفات الإفراج في المختبر.
تشير النتائج إلى أن كلا الصيغتين النيوصوميتين أظهرتا أنشطة مضادة للبكتيريا ومضادة للأغشية الحيوية متفوقة مقارنة بالكيرسيتين الحر، حيث أظهر QCT-SA-niosome تركيزات مثبطة دنيا (MICs) وتركيزات قاتلة دنيا (MBCs) وتركيزات مثبطة دنيا للأغشية الحيوية (MBICs) وتركيزات القضاء على الأغشية الحيوية الدنيا (MBECs) أقل بكثير. بالإضافة إلى ذلك، أظهر QCT-SA-niosome استقرارًا محسّنًا وتوافقًا حيويًا مع خلايا ل929 الفيبروبلاست الفأرية. تستنتج الدراسة أن دمج الدهون الكاتيونية في الصيغ النيوصومية يستهدف بشكل فعال الأسطح المشحونة سلبًا لـ *P. aeruginosa*، مما يشير إلى أن QCT-SA-niosome هو مرشح واعد لمعالجة العدوى التي تسببها هذه الممرضات في بيئات الرعاية الصحية.
طرق
في قسم “الطرق”، استخدم الباحثون مواد ومواد كيميائية متنوعة لتجاربهم، بما في ذلك Tween 60، Span 60، SA، كلوروفورم، كريستال فيوليت، ميثانول، ووسائط الثقافة، جميعها من شركة ميرك، ألمانيا. تم الحصول على الكيرسيتين (QCT) من سيغما-ألدريتش، الهند، وتم تحضيره كمحلول مخزون في ثنائي ميثيل سلفوكسيد بتركيز 10 ملغ/مل. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام غشاء غسيل Spectra/Por® بوزن جزيئي قطع يبلغ 12 كيلودالتون، أيضًا من سيغما-ألدريتش، الولايات المتحدة الأمريكية. تم توفير السلالة القياسية من *Pseudomonas aeruginosa* (ATCC 27853) من قبل قسم الميكروبيولوجيا في جامعة همدان للعلوم الطبية في إيران. كانت جميع المواد والمواد الكيميائية من الدرجة التحليلية، مما يضمن موثوقية النتائج التجريبية.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل الذي تم إجراؤه. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في المقاييس المستهدفة، مع حساب أحجام التأثير لت quantifying حجم هذه التغييرات. تمثل الرسوم البيانية، مثل المخططات والجداول، الاتجاهات الملحوظة، مما يعزز قوة النتائج. بشكل عام، توفر النتائج دعمًا مقنعًا للفرضيات المطروحة في بداية البحث.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل 25 سلالة سريرية من *Pseudomonas aeruginosa* من مرضى في مستشفى فيروزغار في طهران، إيران، وتم توصيفها من حيث قدراتها على تشكيل الأغشية الحيوية. أظهرت جميع السلالات تشكيلًا قويًا للأغشية الحيوية، والذي تم تقييمه باستخدام تقنية لوحة الميكروتيتر. استكشفت الدراسة أيضًا تطوير صيغ نيوصومية للكيرسيتين (QCT) باستخدام طريقة ترطيب الفيلم الرقيق، مما أسفر عن صيغتين: QCT-niosome وQCT-SA-niosome. كشف توصيف هذه النيوصومات عن شكل كروي موحد، مع أحجام متوسطة تبلغ 178.9 نانومتر لـ QCT-SA-niosome و57.4 نانومتر لـ QCT-niosome. كانت كفاءة الاحتجاز أعلى بكثير في صيغة QCT-SA-niosome (75.9%) مقارنة بـ QCT-niosome (59.6%).
تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا للصيغ النيوصومية من خلال تركيزات مثبطة دنيا (MICs) وتركيزات قاتلة دنيا (MBCs)، مما يظهر أن كل من QCT-niosome وQCT-SA-niosome قللت بشكل كبير من قيم MIC وMBC بمقدار 4-32 مرة مقارنة بالكيرسيتين الحر. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الصيغ النيوصومية نشاطًا مضادًا للأغشية الحيوية محسّنًا، مما أدى إلى تثبيط تشكيل الأغشية الحيوية والقضاء على الأغشية الحيوية القائمة عند تركيزات أقل من الدواء الحر. خلصت الدراسة إلى أن النيوصومات، وخاصة تلك المعدلة بالدهون الكاتيونية، يمكن أن تعمل كنظم فعالة لتوصيل الأدوية ضد *P. aeruginosa*، مما قد يتغلب على التحديات المرتبطة بمقاومة المضادات الحيوية وتشكيل الأغشية الحيوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-64416-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38862754
Publication Date: 2024-06-11
Author(s): Jaber Hemmati et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
The research addresses the growing challenge posed by drug-resistant strains of *Pseudomonas aeruginosa*, which are responsible for severe infections and present significant therapeutic hurdles. To combat this issue, the study investigates the formulation of niosomal drug delivery systems incorporating stearylamine (SA) to enhance the antibacterial and anti-biofilm efficacy of quercetin (QCT). Two formulations were developed: QCT-loaded niosome (QCT-niosome) and QCT-loaded SA-niosome (QCT-SA-niosome), synthesized using the thin-film hydration technique. Characterization of these formulations was performed through field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), zeta potential measurements, entrapment efficacy (EE%), and in vitro release profiles.
The findings indicate that both niosomal formulations exhibited superior antibacterial and anti-biofilm activities compared to free QCT, with QCT-SA-niosome demonstrating significantly lower minimum inhibitory concentrations (MICs), minimum bactericidal concentrations (MBCs), minimum biofilm inhibitory concentrations (MBICs), and minimum biofilm eradication concentrations (MBECs). Additionally, the QCT-SA-niosome showed enhanced stability and biocompatibility with L929 mouse fibroblast cells. The study concludes that the incorporation of cationic lipids into niosomal formulations effectively targets the negatively charged surfaces of *P. aeruginosa*, suggesting that QCT-SA-niosome is a promising candidate for addressing infections caused by this pathogen in healthcare settings.
Methods
In the “Methods” section, the researchers utilized various materials and reagents for their experiments, including Tween 60, Span 60, SA, chloroform, crystal violet, methanol, and culture media, all sourced from Merck Company, Germany. Quercetin (QCT) was obtained from Sigma-Aldrich, India, and prepared as a stock solution in dimethyl sulfoxide at a concentration of 10 mg/mL. Additionally, a Spectra/Por® dialysis membrane with a molecular weight cut-off of 12 kDa was used, also sourced from Sigma-Aldrich, U.S.A. The standard strain of Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853) was provided by the Department of Microbiology at Hamadan University of Medical Sciences in Iran. All materials and reagents were of analytical grade, ensuring the reliability of the experimental results.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis conducted. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to measurable improvements in the targeted metrics, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of these changes. Graphical representations, such as charts and tables, further illustrate the trends observed, reinforcing the robustness of the findings. Overall, the results provide compelling support for the hypotheses posited at the outset of the research.
Discussion
In this study, 25 clinical strains of *Pseudomonas aeruginosa* were isolated from patients at Firoozgar Hospital in Tehran, Iran, and characterized for their biofilm-forming capabilities. All strains exhibited strong biofilm formation, which was assessed using a microtiter plate technique. The research further explored the development of niosomal formulations for quercetin (QCT) using the thin-film hydration method, resulting in two formulations: QCT-niosome and QCT-SA-niosome. Characterization of these niosomes revealed uniform spherical morphology, with average sizes of 178.9 nm for QCT-SA-niosome and 57.4 nm for QCT-niosome. The entrapment efficiency was significantly higher in the QCT-SA-niosome formulation (75.9%) compared to QCT-niosome (59.6%).
The antibacterial efficacy of the niosomal formulations was evaluated through minimum inhibitory concentrations (MICs) and minimum bactericidal concentrations (MBCs), demonstrating that both QCT-niosome and QCT-SA-niosome significantly reduced MIC and MBC values by 4-32-fold compared to free QCT. Additionally, the niosomal formulations exhibited enhanced anti-biofilm activity, effectively inhibiting biofilm formation and eradicating established biofilms at lower concentrations than the free drug. The study concluded that niosomes, particularly those modified with cationic lipids, could serve as effective drug delivery systems against *P. aeruginosa*, potentially overcoming challenges associated with antibiotic resistance and biofilm formation.