Roles and applications of boron compounds in cutaneous acute and chronic wound healing

Abstract

Akut yaralar genellikle profesyonel tedavi yöntemlerine ihtiyaç duymadan tahmin edilebilir bir süreçle iyileşirler, ancak çoğunlukla enfeksiyon ve uzun süreli enflamasyonla beraber görülen kronik yaralarda, iyileşme bozukluğu ve kesintisiz doku parçalanması gözlenir. Bundan dolayı, bu yaralardan kaynaklanan ve yaşamı tehdit eden enfeksiyonlar, ekstremite amputasyonları veya sağlık koşullarındaki ciddi azalış mevcut teknoloji için ciddi bir zorluk oluşturmaktadır. Hastaların lokal ve sistemik koşullarının optimizasyonunu ve daha ideal yara iyileşme ortamını sağladığını iddia eden birçok yeni ürün markete sunulmasına rağmen, bu ürünler kolay ulaşılabilir olmamaları, pahalı olmaları, yara bakım merkezlerine ihtiyaç duymaları, hastaya özgü cevap vermeleri, düşük aktivite ve ciddi yan etkilere sahip olmaları gibi dezavantajlarından dolayı beklentilere cevap verememektedirler. Bu anlamda, yeni, güvenilir, kendi kendine uygulanabilir, etkin, ucuz ve geniş spektrumlu antimikrobiyal özellikleri olan yara bakım ürünleri uluslararası araştırma için halen cazip bir alandır. Bu çalışmada, bor türevlerinin (borik asit-BA ve sodyum pentaborat pentahidrat-NaB) in vitro koşullardaki antimikrobiyal etkilnlikleri, deri hücreleri üzerindeki proliferasyon, migrasyon, anjiyogenez, gen ve büyüme faktörü anlatım seviyelerini arttırıcı etkileri incelenmişlerdir. Ek olarak, bor içeren hidrojel formülasyonunun yara iyileşme hızını arttırıcı etkileri streptozotosin kullanılarak oluşturulmuş diyabetik sıçanlardaki tam katlı yara modeli kullanılarak araştırılmıştır. Sonuçlar, her iki bor bileşiğinin de bakteri, maya ve mantarlara karşı dikkate değer antimikrobiyal etkilerinin varlığının yanı sıra, deri hücrelerinin proliferasyonunu, migrasyonunu, önemli gen ve büyüme faktörü anlatım düzeyini arttırdığı göstermesine rağmen, NaB'nin antimikrobiyal etkinliğinin, gen ve büyüme faktörü anlatım düzeyini arttırıcı etkisinin daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Hayvan çalışmaları, NaB içeren jel formülasyonunun diyabetik sıçanların yara iyileşme oranını ve histopatolojik skorları arttırdığını kanıtlanmıştır. Elde edilen veriler kronik yaraların tedavisi için potansiyel umut verici bir tedavi seçeneği sumaktadır, ancak borun klinikteki sınırlarını belirlemek ve kullanım alanlarını genişletmek için, etkilediği sinyal yolaklarının ve hedef metabolizmalarının ek çalışmalarla belirlenmesine şiddetle ihtiyaç duyulmaktadır.

Acute wounds do not generally require professional treatment modalities and heal in a predictable fashion, but chronic wounds are mainly accompanied with infection and prolonged inflammation, leading to healing impairments and continuous tissue degradation. Therefore, life-threatening infections, extremity amputations or severely reduced health conditions due to these non-healing wounds are still the major challenges of the current technology. Although a vast amount of products have been being introduced to the market, claiming to provide a better optimization of local and systemic conditions of patients and an ideal wound healing environment, they do not meet the expectations due to being expensive and not easily accessible, requiring wound care facilities, having patient-specific response, low efficiency and severe side-effects. In this sense, developing new, safe, self-applicable, effective and cheap wound care products with broad-range antimicrobial activity is still an attractive area of international research. In the present work, boron derivatives (boric acid-BA and sodium pentaborate pentahydrate-NaB) were evaluated for their antimicrobial activity, proliferation, migratory, angiogenesis, gene and growth factor expression promoting effects on dermal cells in vitro. In addition, boron containing hydrogel formulation was examined for its wound healing promoting potential using full-thickness wound model in streptozotocin-induced diabetic rats. The results revealed that while both boron compounds significantly increased proliferation, migration, vital growth factor and gene expression levels of dermal cells along with displaying remarkable antimicrobial effects against bacteria, yeast and fungi, NaB displayed greater antimicrobial properties as well as gene and growth factor expression inductive effects. Animal studies proved that NaB containing gel formulation enhanced wound healing rate of diabetic animals and histopathological scores. Overall data suggest a potential promising therapeutic option for the management of chronic wounds but further studies are highly warranted to determine signaling pathways and target metabolisms which boron is involved to elucidate the limitations and extend its use in clinics.