Ortak eksenli elektro-eğrilmiş sığır serum albumin nanoliflerinden ampisilinin kontrollü salımı

Abstract

Bu çalışmada, doğal bir protein olan sığır serum albümin (SSA) kullanılarak kontrollü ilaç salım platformu geliştirilmiştir. İlaç yüklü amiloid benzeri Sığır Serumu Albümini (AL-SSA) nanoliflerinin üretimi, modifiye ortak eksenli elektro-eğirme işlemi ile gerçekleştirilmiştir. Model ilaç olarak ise hidrofilik bir yapıya sahip olan ampisilin (Amp) seçilmiştir. Kabuk ve çekirdek çözeltileri belirli oranlarda hazırlandıktan sonra, lif üretimi iğne ucunu tıkamadan, sorunsuz ve sürekli olarak gerçekleştirilmiştir. Elektro-eğirme sistemine sadece çekirdek çözeltisi beslenerek tekli (C) membranlar üretilmiştir. Kabuk-çekirdek şeklindeki CS1 ve CS2 membranları ise ortak eksenli elektro-eğirme yöntemi ile üretilmştir. Glutaraldehit, C membran yüzeyinde, ani salımı azaltmak için çapraz bağlayıcı ajan olarak kullanılmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri; C, CS1 ve CS2 nanoliflerin yüzeylerinin pürüzsüz ve homojen olduğunu göstermiştir. Geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ise liflerin kabuk-çekirdek yapısına sahip olduğunu doğrulamıştır. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), AL-SSA nanolifinin, ilaç ile matris arasında hidrojen bağı oluşması nedeniyle ampisilin ile uyum sağladığını göstermiştir. Temas açısı ölçümleri sonucunda ise AL-SSA membranlarının hidrofobik karakterde olduğu görülmüştür. In vitro ilaç salım testleri, C ve GA-C membranlarının Fick taşınımına göre sıfırıncı dereceden kinetik denklemine daha uygun olduğunu; CS1 ve CS2 membranlarının ise başlangıç ani salım aşaması ve sonrasındaki sürekli salım aşamaları ile tipik iki fazlı salım davranışı sergilediğini göstermiştir. AL-SSA kaplı kabuk-çekirdek yapısındaki membranlar tekli elektro-eğrilmiş membranlarla karşılaştırıldığında, ani salım oranlarının daha az, ilaç salım sürelerinin ise daha uzun olduğu görülmüştür. Antimikrobiyal aktivite testleri, ilaç yüklü nanoliflerin gram pozitif Staphylococcus aureus ve gram negatif Escherichia coli'ye karşı inhibisyon bölgeleri oluşturması sonucu, elektro-eğirme işlemi sonrası ilaç etkinliğinin bozulmadığını ve membranlar içerisine yüklenen ilaç miktarının bakteri inhibisyonu için yeterli olduğunu göstermiştir.

In this study, a controlled drug release platform was developed by using natural protein, namely bovine serum albumin (BSA). Drug-loaded amyloid-like Bovine Serum Albumin (AL-BSA) nanofibers were prepared by modified coaxial electrospinning process. A hydrophilic drug, ampicillin (Amp) was selected as a model drug. After the shell and core solutions prepared at certain rates, fiber production has been carried out smoothly and continuously without any plugging on the needle tip. By single-needle electrospinning of the core, core (C) membranes were produced and two types of core/shell membranes were produced via coaxial electrospinning: Core/shell 1 and Core/shell 2 (CS1 and CS2). Glutaraldehyde was used as a cross-linking agent for C membrans ( GA-C) to reduce the burst release. Scanning electron microscopy (SEM) images demonstrated that C, CS1 and CS2 nanofibers were smooth and homogeneous. Transmission electron microscopy (TEM) verified that the membranes consisted of nanofibers with core-shell structure. Fourier transform infrared spectra (FTIR) of drug-loaded AL-BSA nanofiber showed that both the shell and the core matrix had good compatibility with Amp due to the formation of hydrogen bond between drug and matrix. The contact angle measurements showed that AL-BSA membranes were hydrophobic character. In vitro Amp release tests showed that C and GA-C followed Fickian transport, which was close to zero-order kinetics whereas CS1 and CS2 showed typical biphasic release behaviors, including the initial burst release and the sustained release stages. Nanofibers produced by core-shell electrospinning compared to single electrospinning, AL-BSA coated core-shell nanofibers had less initial burst release and longer drug release periods. The results from the zone of inhibition test of the AL-BSA against both gram-positive Staphylococcus aureus and gram-negative Escherichia coli indicated that the released ampicillin retained its effectiveness after the electrospinning process and the amount of drug in the AL-BSA membrane was sufficient for bacterial inhibition.