Estratto di propoli egiziana per la funzionalizzazione di idrogel poroso in nanofibra di cellulosa/poli(alcol vinilico) insieme a caratterizzazione e applicazioni biologiche

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7739 (2023) Citare questo articolo

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La propoli delle api è uno degli estratti naturali più comuni e ha guadagnato un notevole interesse in biomedicina grazie al suo alto contenuto di acidi fenolici e flavonoidi, responsabili dell'attività antiossidante dei prodotti naturali. Il presente studio riporta che l'estratto di propoli (PE) è stato prodotto dall'etanolo nell'ambiente circostante. Il PE ottenuto è stato aggiunto a diverse concentrazioni alla nanofibra di cellulosa (CNF)/poli(alcol vinilico) (PVA) e sottoposto a metodi di congelamento, scongelamento e liofilizzazione per sviluppare matrici bioattive porose. Le osservazioni al microscopio elettronico a scansione (SEM) hanno mostrato che i campioni preparati avevano una struttura porosa interconnessa con dimensioni dei pori comprese tra 10 e 100 μm. I risultati della cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) del PE hanno mostrato circa 18 composti polifenolici, con le quantità più elevate di esperetina (183,7 µg/mL), acido clorogenico (96,9 µg/mL) e acido caffeico (90,2 µg/mL). I risultati dell’attività antibatterica hanno indicato che sia gli idrogel PE che quelli funzionalizzati PE hanno mostrato potenziali effetti antimicrobici contro Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Streptococcus mutans e Candida albicans. Gli esperimenti di coltura cellulare di prova in vitro hanno indicato che le cellule sugli idrogel funzionalizzati con PE avevano la massima vitalità, adesione e diffusione delle cellule. Complessivamente, questi dati evidenziano l’interessante effetto della biofunzionalizzazione della propoli per migliorare le caratteristiche biologiche dell’idrogel CNF/PVA come matrice funzionale per applicazioni biomediche.

L'applicazione più pronunciata dei materiali biocompatibili simili ai tessuti tridimensionali (3D) è quella di dirigere la rigenerazione dei tessuti o la guarigione dopo un danno. Ciò si basa sulla capacità di questi materiali di ottimizzare il microambiente fisiologico utilizzando segnali biochimici, biofisici e talvolta stimolazione meccanica per migliorare la funzione cellulare1,2. In effetti, i materiali bioattivi svolgono molteplici ruoli importanti nell’innescare la proliferazione e la differenziazione cellulare, oltre a ridurre al minimo la risposta infiammatoria che può ritardare il processo di guarigione3,4. Gli idrogel sono biomateriali intelligenti che possono essere applicati per la guarigione di una varietà di tessuti, come pelle, cartilagine, ossa e vasi sanguigni5. Possono fornire una struttura ottimale (3D) simile alla matrice extracellulare nativa (ECM) e consentire la diffusione di gas, nutrienti e rifiuti attraverso le reti reticolate elastiche6. Negli ultimi decenni, una varietà di materiali polimerici di origine naturale o sintetica sono stati utilizzati per sviluppare idrogel funzionali. Gli idrogel rinforzati con fibre sono una classe di idrogel compositi in cui le reti di gel sono solitamente rinforzate con strutture fibrose per migliorare le prestazioni meccaniche e anche limitare il comportamento di rigonfiamento7,8,9.

La cellulosa è il polimero di derivazione naturale più abbondante sulla terra, è il componente principale delle pareti delle cellule vegetali e di alcune cellule animali10. È un omopolisaccaride lineare costituito da unità β-d-anidroglucopiranosio, legate da legami eterei β (1→4) (legami glicosidici). Le catene di cellulosa formate sono collegate da legami idrogeno per formare fibrille costituite da regioni amorfe e cristalline. Con CNF si intende una classe specifica di nanocellulose composta da domini amorfi e altamente ordinati associati alternativamente e tipicamente ottenuti attraverso la disintegrazione meccanica delle fibrille di cellulosa11,12. Di conseguenza, il CNF sta facendo emergere biomateriali di dimensioni nanometriche che mostrano elevata resistenza, area superficiale e chimica superficiale sintonizzabile, consentendo interazioni controllate con polimeri, nanoparticelle, piccole molecole e materiali biologici. Ad esempio, il CNF è stato incorporato in una soluzione di alginato e alcol polivinilico per formare un idrogel stabile che promuove la mineralizzazione in situ dei fosfati di calcio13. Inoltre, il CNF ossidato con 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-ossile (TEMPO), che ha gruppi carbossilici, è stato innestato mediante idrolizzato di proteine ​​di soia tramite ammidazione di gruppi carbossilici. Il CNF innestato ha assistito la mineralizzazione dell'idrossiapatite dal fluido corporeo simulato due volte per formare un nuovo materiale bioattivo14.