Hydrogel nanocomposite antibactérien à base d'alcool polyvinylique/oxyde d'argent chargé de spectinomycine : synthèse, caractérisation, gonflement, cytotoxicité et vecteur de libération contrôlée de médicaments

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Spectinomycine Hydrogel Alcool polyvinylique Nanoparticules Biosenseur Spectroscopie Raman

Contexte académique

Dans le domaine de l’administration de médicaments, la réalisation d’une libération prolongée et contrôlée des médicaments est une direction de recherche importante. Les hydrogels, en tant que matériaux biocompatibles et biodégradables, ont été largement utilisés dans des domaines tels que l’administration de médicaments, l’ingénierie tissulaire et les pansements pour blessures. Cependant, la faible résistance mécanique des hydrogels traditionnels limite leurs performances dans les applications pratiques. Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont tenté d’introduire des nanoparticules inorganiques dans le réseau d’hydrogel afin d’améliorer leurs propriétés mécaniques, thermiques et optiques. L’alcool polyvinylique (PVA) est un polymère hydrosoluble doté d’une excellente biocompatibilité et stabilité chimique, souvent utilisé comme matrice pour les hydrogels. De plus, les nanoparticules d’oxyde d’argent (AgO) ont attiré une attention particulière ces dernières années dans le domaine biomédical en raison de leurs excellentes propriétés antibactériennes. Cette étude vise à développer un vecteur de libération contrôlée de médicaments avec des propriétés antibactériennes en introduisant des nanoparticules d’AgO dans un hydrogel de PVA, et à explorer son potentiel d’application dans l’administration de médicaments.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Abdul Naman, Anfal Fatima, Nasir Mehmood, Minseok Kim et Sobia Younas, les auteurs étant respectivement affiliés au Kumoh National Institute of Technology (Corée du Sud) et à l’University of Agriculture Faisalabad (Pakistan). L’article a été accepté le 11 avril 2025 et publié dans la revue Bionanoscience, avec le DOI 10.1007/s12668-025-01943-1.

Processus de recherche et résultats

1. Préparation de l’hydrogel de PVA

L’étude a d’abord préparé un hydrogel de structure tridimensionnelle par réticulation du PVA avec de l’acide borique. Les étapes spécifiques comprennent la dissolution du PVA dans une solution de NaOH à 5 %, l’ajout d’une solution d’acide borique, et l’agitation à 60-70 °C pendant 3 heures. Ensuite, l’hydrogel préparé a été lavé et séché, puis finalement broyé en poudre. La structure de l’hydrogel a été caractérisée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) et spectroscopie Raman, confirmant le succès de la réaction de réticulation.

2. Introduction des nanoparticules d’AgO

Les chercheurs ont immergé l’hydrogel de PVA séché dans des solutions de nitrate d’argent à différentes concentrations (0 %, 1 %, 2 %, 3 %, 4 %) pendant 48 heures, puis dans une solution de NaOH pendant 24 heures pour convertir les ions argent en nanoparticules d’AgO. La morphologie et la structure des nanoparticules ont été analysées par microscopie électronique à balayage (SEM) et diffraction des rayons X (XRD), montrant que les nanoparticules d’AgO étaient uniformément distribuées dans l’hydrogel de PVA, avec une taille moyenne de 33,77 nm.

3. Chargement et libération du médicament

L’antibiotique spectinomycine a été chargé dans l’hydrogel nanocomposite PVA/AgO, et son comportement de gonflement dans différentes solutions tamponnées et salines a été étudié. Les résultats ont montré que l’hydrogel présentait le taux de gonflement maximal dans une solution tamponnée à pH 7,4, et que le taux de gonflement augmentait avec la concentration en nanoparticules d’AgO. La libération du médicament a été analysée par spectrophotométrie UV-Vis et spectroscopie Raman couplée à un modèle de régression des moindres carrés partiels (PLSR), révélant que l’hydrogel contenant 3 % de nanoparticules d’AgO présentait la vitesse de libération la plus lente sur 32 heures.

4. Activité antibactérienne et cytotoxicité

L’activité antibactérienne de l’hydrogel nanocomposite PVA/AgO contre Escherichia coli et Staphylococcus aureus a été évaluée par la méthode de diffusion sur disque. Les résultats ont montré que l’hydrogel contenant des nanoparticules d’AgO présentait une activité antibactérienne significative contre les deux bactéries, avec une activité plus forte contre les bactéries à Gram négatif. De plus, la cytotoxicité de l’hydrogel sur la lignée cellulaire de cancer du foie humain (HepG2) a été évaluée par test MTT, montrant que l’hydrogel avait une bonne biocompatibilité.

Conclusion et signification

Cette étude a permis de développer avec succès un vecteur de libération contrôlée de médicaments basé sur un hydrogel nanocomposite PVA/AgO, doté de bonnes propriétés antibactériennes et de capacité de libération contrôlée de médicaments. Les résultats montrent que l’introduction de nanoparticules d’AgO améliore non seulement les propriétés mécaniques de l’hydrogel, mais augmente également significativement son activité antibactérienne. De plus, l’hydrogel présente un comportement optimal de libération de médicaments dans une solution tamponnée à pH 7,4, indiquant un large potentiel d’application dans le domaine de l’administration de médicaments. L’innovation de cette étude réside dans la méthode de synthèse in situ pour distribuer uniformément les nanoparticules d’AgO dans l’hydrogel de PVA, et dans l’étude systématique de son comportement de gonflement et de libération de médicaments dans différents environnements.

Points forts de la recherche

  1. Méthode innovante : Introduction des nanoparticules d’AgO dans l’hydrogel de PVA par synthèse in situ, permettant une distribution uniforme des nanoparticules.
  2. Multifonctionnalité : L’hydrogel nanocomposite PVA/AgO développé présente non seulement une capacité de libération contrôlée de médicaments, mais aussi une activité antibactérienne significative.
  3. Potentiel d’application : L’hydrogel montre un comportement optimal de libération de médicaments dans une solution tamponnée à pH 7,4, suggérant un large potentiel d’application dans l’administration de médicaments et l’ingénierie tissulaire.

Autres informations utiles

Cette étude a également exploré le comportement de gonflement de l’hydrogel dans différentes solutions salines, montrant que le taux de gonflement diminuait significativement avec l’augmentation de la concentration en sel. Cette découverte fournit une référence importante pour l’application des hydrogels dans des environnements physiologiques complexes. De plus, l’étude a utilisé la spectroscopie Raman couplée à un modèle PLSR pour prédire avec précision la concentration de libération de médicaments, offrant une nouvelle méthode pour l’optimisation des systèmes d’administration de médicaments.

Grâce à cette étude, les chercheurs ont non seulement développé un nouveau vecteur de libération contrôlée de médicaments, mais ont également fourni de nouvelles idées et méthodes pour l’application des hydrogels dans le domaine biomédical.