Antibiotic-loaded PMMA nanofiber mats as antibacterial material: Comparative analysis of levofloxacin and chloramphenicol release
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0043378Ключові слова:
nanofibers, antibacterial material, levofloxacin, chloramphenicol, drug release, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria, PMMAАнотація
Виготовлено полімерні мати, що складаються з нановолокон поліметилметакрилату (PMMA), в які було інкорпоровано антибіотики левофлоксацин (LV) або хлорамфеніколом (САМ), та охарактеризвано їх за допомогою мікроскопічного методу, УФ-видимої абсорбційної спектроскопії та мас-спектрометрії. Діаметр отриманих нановолокон коливається від 1 до 4 мкм. Проаналізовано кінетику вивільнення препарату з матів та вивчено їхні антибактеріальні властивості. Вивільнення антибіотиків з нановолокнистого мату при замочуванні у водному розчині вивчено за допомогою УФ-видимої спектроскопії. Мас-спектрометричне дослідження екстрактів матів з LV або САМ у фізіологічному розчині продемонструвало наявність у спектрах інтенсивних піків молекулярних іонів обох антибіотиків. Такий результат підтверджує збереження молекулярної структури більшості молекул LV, а також САМ, під час процесів виготовлення протимікробного мату та екстракції препаратів з плівок, що важливо для збереження їхніх антибактеріальних властивостей. Спостереження за допомогою УФ-видимої спектроскопії показали, що ≈50% LV вивільнилося протягом перших 10 хвилин, а решта 20% — протягом наступних 3 годин. Натомість час вивільнення САМ був значно довшим: лише 10% САМ вивільнилося з мату протягом перших 5 годин, а наступні 5% вимагали 45 годин. Загальна фракція вивільнення становила лише 35%, що зайняло близько 650 годин. Вважаємо, що LV демонструє швидше та інтенсивніше вивільнення завдяки своїй гідрофільності та слабшому зв’язуванню з PMMA, тоді як САМ показує повільніше та більш неповне вивільнення з плівки через нижчу розчинність у воді та сильніше зв’язування з гідрофобною матрицею PMMA. Антибактеріальні властивості нановолокнистої матриці, завантаженої антибіотиками, вивчено проти грампозитивних та грамнегативних бактерій. Дослідження показало, що обидва типи матів продемонстрували високу ефективність проти цих бактерій, за винятком САМ, який продемонстрував нижчу активність проти P. aeruginosa 9027.
Посилання
1. I. Behere and G. Ingavle, J. Biomed. Mater. Res. A 110, 443 (2022). https://doi.org/10.1002/jbm.a.37290
2. Z. Jiang, Z. Zheng, S. Yu, Y. Gao, J. Ma, L. Huang, and L. Yang, Pharmaceutics 26, 1829 (2023). https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15071829
3. V. A. Karachevtsev, A. M. Plokhotnichenko, O. V. Trufanov, and S. G. Stepanian, Mater. Res. Express 12, 075403 (2025). https://doi.org/10.1088/2053-1591/adec42
4. K. P. Fu, S. C. Lafredo, B. D. Foleno, D. M. Isaacson, J. F. Barrett, A. J. Tobia, and M. E. Rosenthale, Antimicrob. Agents Chemother. 36, 860 (1992). https://doi.org/10.1128/AAC.36.4.860
5. S. M. Wimer, L. Schoonover, and M. W. Garrison, Clin. Ther. 20, 1049 (1998). https://doi.org/10.1016/S0149-2918(98)80104-5
6. A. Toncheva, D. Paneva, V. Maximova, N. Manolova, and I. Rashkov, Eur. J. Pharm. Sci. 47, 642 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ejps.2012.08.006
7. N. Pásztor, E. Rédai, Z.-I. Szabó, and E. Sipos, Acta Med. Marisiensis 63, 66 (2017). https://doi.org/10.1515/amma-2017-0014
8. A. Toncheva, D. Paneva, V. Maximova, N. Manolova, and I. Rashkov, Eur. J. Pharm. Sci. 47, 642 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ejps.2012.08.006
9. D. Yan, S. Zhang, F. Yu, D. Gong, J. Lin, Q. Yao, and Y. Fu, Carbohydr. Polym. 269, 118341 (2021). https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118341
10. S. Sangole, S. Salave, D. Rana, S. Shah, T. P. Medhe, and D. Benival, Pharm. Nanotechnol. 10, 393 (2022). https://doi.org/10.2174/2211738510666220902151906
11. L. Preem, M. Mahmoudzadeh, M. Putrins, A. Meos, I. Laidmäe, T. Romann, J. Aruväli, R. Härmas, A. Koivuniemi, A. Bunker, T, Tenson, and K. Kogermann, Mol. Pharmaceutics 14, 4417 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.7b00524
12. G. N. Fraga, D. C. Dragunski, B. H. Vilsinski, C. K. S. Azevedo, H. J. Wiggers, M. G. Faria, J. Caetano, M. R. Costa, V. S. Zanuto, A. R. S. Rossin, and M. S. Gibin, Colloid. Surf. A: Physicochem. Eng. Asp 674, 131760 (2023). https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131760
13. L. Preem, F. Bock, M. Hinnu, A. Meos, J. Østergaard, M. Putrinš, K. Sagor, T. Tenson, and K. Kogermann, Pharmaceutics 11, 487 (2019). https://doi.org/10.3390/pharmaceutics11090487
14. L. V. Schulte-Werning, A. Murugaiah, B. Singh, M. Johannessen, R. E. Engstad, Š.-N. Basnet, and A. M. Holsæter, Pharmaceutics 13, 1527 (2021). https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13091527
15. L. V. Schulte-Werning, B. Singh, M. Johannessen, R. E. Engstad, and A. M. Holsæter, Int. J. Pharm. 657, 124136 (2024). https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2024.124136
16. M. Bayrakci, M. Keskinates, and B. Yilmaz, Mater. Sci. Eng. C: Mater. Biol. Appl. 122, 111895 (2021). https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.111895
17. A. Elbehiry, M. Aldubaib, and A. Abalkhail, Cell. Mol. Biol. 71, 60 (2025). https://doi.org/10.14715/cmb/2025.70.1.7
18. R. Q. Frazer, R. T. Byron, P. B. Osborne, and K. P. West, J. Long. Term. Effects Med. Implants 15, 629 (2005). https://doi.org/10.1615/JLongTermEffMedImplants.v15.i6.60
19. K. F. Fuchs, P. Heilig, M. McDonogh, S. Boelch, U. Gbureck, R. H. Meffert, S. Hoelscher-Doht, and M. C. Jordan, J. Orthop. Surg. Res. 15, 533 (2020). https://doi.org/10.1186/s13018-020-02009-6
20. S. Zupančič, S. Sinha-Ray, S. Sinha-Ray, J. Kristl, and A. L. Yarin, Mol. Pharmaceutics 13, 1393 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.6b00039
21. M. Singh, D. Chauhan, A. K. Das, Z. Iqbal, and P. R. Solanki, J. Appl. Polym. Sci. 138, 50340 (2020). https://doi.org/10.1002/app.50340
22. H. M. Khanlou, B. C. Ang, S. Talebian, M. M. Barzani, M. Silakhori, and H. Fauzi, Measurement 65, 193 (2015). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2015.01.014
23. H. M. Khanlou, B. C. Ang, S. Talebian, A. M. Afifi, and A. Andriyana, Text. Res. J. 85, 356 (2015). https://doi.org/10.1177/0040517514547208
24. S. Piperno, L. Lozzi, R. Rastelli, M. Passacantando, and S. Santucci, Appl. Surf. Sci. 252, 5583 (2006). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.12.142
25. H. Wang, Q. Liu, Q. Yang, Y. Li, W. Wang, L. Sun, C. Zhang, and Y. Li, J. Mater. Sci. 45, 1032 (2010). https://doi.org/10.1007/s10853-009-4035-1
26. J. Macossay, A. Marruffo, R. Rincon, T. Eubanks, and A. Kuang, Polym. Adv. Technol. 18, 180 (2007). https://doi.org/10.1002/pat.844
27. S. Zupančič, S. Sinha-Ray, S. Sinha-Ray, J. Kristl, and A. L. Yarin, Mol. Pharmaceutics 13, 295 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.5b00804
28. A. M. Plokhotnichenko, V. A. Karachevtsev, V. A. Pashynska, and P. O. Kuzema, Fiz. Nyzk. Temp. 50, 231 (2024) [Low Temp. Phys. 50, 215 (2024)]. https://doi.org/10.1063/10.0024959
29. V. A. Karachevtsev, A. M. Plokhotnichenko, O. V. Trufanov, and S. G. Stepanian, Mater. Res. Express 12, 075403 (2025). https://doi.org/10.1088/2053-1591/adec42
30. A. Zaszczyńska, D. Kołbuk, A. Gradys, and P. Sajkiewicz, Polymers 16, 531 (2024). https://doi.org/10.3390/polym16040531
31. P. Mira, P. Yeh, and B. G. Hall, PLoS One 17, e0276040 (2022). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0276040
32. K. A. Mat Amin, K. J. Gilmore, J. Matic, S. Poon, M. J. Walker, and M. R. Wilson, and Marc in het Panhuis, Macromol. Biosci. 12, 374 (2012). https://doi.org/10.1002/mabi.201100317
33. R. Srikar, A. L. Yarin, C. M. Megaridis, A. V. Bazilevsky, and E. Kelley, Langmuir 24, 965 (2008). https://doi.org/10.1021/la702449k
