Het laboratorium UMET (CNRS 8207) van de Universiteit van Lille richt zich op de ontwikkeling van een “foto-stimuleerbare actieve hydrogel”, dat wil zeggen een hydrogel die geladen is met therapeutische stoffen die op verzoek kunnen worden vrijgegeven in de geïnfecteerde wonde van de diabetespatiënt door toepassing van een lichtstimulus (laserbestraling op 980 nm). Om een dergelijke hydrogel te ontwerpen, hebben de onderzoekers polydopamine-nanodeeltjes (nPDA) gesynthetiseerd, verkregen via een polymerisatiereactie van de dopaminemolecule in water. Deze nanodeeltjes kunnen actieve bestanddelen, zoals antibiotica, opslaan en vertonen bovendien zeer goede fotothermische eigenschappen: ze warmen op onder behandeling met een laser van 980 nm, wat de vrijgave van de opgeslagen actieve stoffen veroorzaakt. Deze nanodeeltjes worden geladen met twee antibiotica die gericht zijn op zowel Gram-positieve als Gram-negatieve bacteriën en worden vervolgens ingebed in een visco-elastische hydrogel die bestaat uit twee polysachariden: chitosan (CHT), een kationisch polymeer, en een anionisch polymeer op basis van cyclodextrinen (PCD), kooi-achtige moleculen afgeleid van zetmeel die eveneens actieve componenten kunnen bevatten. De hydrogel wordt verkregen door de twee polysachariden te mengen met behulp van onderling verbonden spuiten volgens een methode die recent door het UMET-laboratorium werd gepatenteerd.
1. Hydrogel: voorbereiding, samenstelling, karakterisatie
Voor de voorbereiding van de hydrogel werd de methode met dubbele onderling verbonden spuiten gebruikt (Figuur 1). Verschillende formuleringen met uiteenlopende verhoudingen CHT (%) : PCD (%) werden getest (2:2, 3:3 en 4:4) en vervolgens reologisch gekarakteriseerd. Bij verhoging van de polymeerconcentratie neemt de elastische modulus G’ toe, wat wijst op een grotere elasticiteit en een stevigere gel (Figuur 2). Deze reologische studie toonde ook aan dat de aanwezigheid van nPDA de mechanische eigenschappen van de hydrogel niet beïnvloedt.
De formuleringen 4:4 en 2:2 werden geselecteerd voor het vervolg van de studie. Figuur 3 toont een beeld van de hydrogel (samenstelling 4:4) verkregen via rasterelektronenmicroscopie (SEM). Daaruit blijkt een poreuze structuur die kenmerkend is voor hydrogels.
2. Fotothermische therapie
Gezien de fotothermische eigenschappen van de polydopamine-nanodeeltjes wordt een laser (λ = 980 nm) gebruikt om de hydrogels te bestralen en een lokale opwarming van de nPDA te veroorzaken, waardoor de antibiotica kunnen worden vrijgegeven. Deze temperatuurstijging wordt gedetecteerd door een infraroodcamera. Figuur 4 toont duidelijk het fotothermische effect van nPDA: de hydrogel zonder nPDA (4:4:0) vertoont geen temperatuurvariatie onder bestraling, terwijl de hydrogel met nPDA (4:4:4) ongeveer 50 °C bereikt na twee minuten lichtbestraling bij 0,4 W/cm².
3. Coating van de hydrogel op textiel
Met het oog op toepassing in verbanden werd de hydrogel met formulering 2:2 aangebracht op een textielstructuur met behulp van een gegroefde coatingbar. SEM-beelden van het gefunctionaliseerde verband tonen dat, na het aanbrengen van drie lagen hydrogel, de vezels van het textiel uniform zijn bedekt door de CHT:PCD-hydrogel.
4. Vooruitzichten
Cytotoxiciteitstesten van de foto-stimuleerbare CHT:PCD-coating geladen met nPDA zijn momenteel aan de gang om de biocompatibiliteit ervan aan te tonen. Vervolgens zal de vrijgave van antibiotica onder laserbestraling worden geëvalueerd. Ten slotte zal de werkzaamheid van het verband ex vivo worden getest door de INSERM U1008-eenheid (Universiteit van Lille) met behulp van een model van huidinfectie op varkensexplantaten.
Referenties
(1) Defrançois, S.; Barras, A.; Maton, M.; Woisel, P.; Hildebrand, F.; Blanchemain, N.; Boukherroub, R.; Lyskawa, J. In Vitro Evaluation of Antibacterial Properties of NIR-Light Responsive Alginate Hydrogels Embedding Polydopamine Nanoparticles. ACS Appl. Bio Mater. 2025, 8 (6), 5147–5157.
(2) 2024 N. Blanchemain, F. Chai, B. Martel, R. Nicot, M.J. Garcia Fernandez, N. Tabary, H. Chijcheapaza-Flores, Hydrogel composition for use in the treatment of articular disorders, WO 2024/023350A1.
