Fabrication et caractérisation d'un pansement électrofilée bicouche moderne pour les applications biomédicales

The aim of this research was to develop a bilayer wound dressing using electrospinning technique toproduces fine fibers. For this purpose, first layer was fabricated using a biocompatible biodegradable polymer poly(Ɛ-caprolactone) (PCL) whereas, second layer was composed of a hydrogel film of gelatin (GE) and sodium hyaluronate (HA) that are well known for tissue regeneration properties. Novelty of this study lies in the blend electrospinning of PCL with PEG having a very low molar mass 400g/mol in order to enhance the wettability of PCL nanofibers. No research study has been yet reported using this low molar mass of PEG for PCL blending. Anti-inflammatory drug Ibuprofen (IBU) was used as pain relieving agent and HA was incorporated for its moisture retaining and tissue repairing abilities. Two different techniques, single-needle electrospinning and NanoSpider electrospinning were employed to produce PCL nanofibers. Physico-chemical properties of all kinds of nanofibers were investigated by using SEM, DSC, TGA, water contact angle measurements and in-vitro drug release analysis of IBU. ImageJ software was used to measure the mean diameters ofall nanofibers by taking 50 bar measurements per sample. Mechanical strength of PCL/PEG and IBU loaded nanofibers and of GE/HA film were determined by using tensile strength testing equipment. Furthermore, the antibacterial analysis of bilayer wound dressing material was also tested against two kinds of bacteria. Results from these characterization techniques revealed that all the PCL nanofibers had heterogeneous morphology consisting of micro and nano fibers which were predominantly round in shape. Mean diameters of nanofibers electrospun by NanoSpider technique were ranging between 400-800nm whereas, mean diameters of nanofibers produced by single-needle technique were in a range of 400nm to 3 µm. Results of DSC analysis showed that crystallinity ratios of electrospun PCL nanofibers was higher than that of pure PCL pellets as well as nanofibers with PEG showed highest crystallinity ratios. TGA studies not only explained the thermal degradation behavior of these nanofibers but also helped in quantifying the amount of IBU into these nanofibers. In-vitro drug release profiles of EBU loaded PCL nanofibers presented a two-step release behavior with an initial rapid release during first 5h followed by a prolonged release until 48h. However, percentage release efficiencies of IBU in some cases was less than 50% that indicated incompleterelease of drug. This steady release of IBU from nanofibers emphasize the fact that they could perform efficiently as a controlled drug delivery system in the first layer of wound dressing. Good wettability and mechanical strength of GE/HA film predicted an effective performance of this hydrogel layer for absorbing wound exudate and maintaining a moist environment around wound for rapid healing. Finally, the in-vitro antibacterial analysis of this IBU/HA loaded bilayer wound dressing was performed against two bacterial strains E. coli (gram negative) and S. epidermidis (gram positive). Mild inhibition zones were seen against E. coli bacteria whereas, no inhibition zones were observed against S. epidermidis bacteria.L'objectif de cette recherche était de développer un pansement bicouche utilisant la technique d'électrofilage pour produire des fibres fines. A cet effet, la première couche a été fabriquée à l'aide d'un polymère poly (Ɛ-caprolactone) (PCL) biodégradable biocompatible tandis que la deuxième couche était composée d'un film d'hydrogel de gélatine (GE) et de hyaluronate de sodium (HA) qui sont bien connus pour la régénération tissulaire. Propriétés. La nouveauté de cette étude réside dans le mélange d'électrofilage du PCL avec du PEG ayant une masse molaire très faible 400g/mol afin d'améliorer la mouillabilité des nanofibres PCL. Aucune étude de recherche n'a encore été rapportée utilisant cette faible masse molaire du PEG pour le mélange de PCL. L'ibuprofène (IBU), un médicament anti-inflammatoire, a été utilisé comme analgésique et l'AH a été incorporé pour ses capacités de rétention d'humidité et de réparation des tissus. Deux techniques différentes, l'électrofilage à une seule aiguille et l'électrofilage NanoSpider ont été utilisées pour produire des nanofibres PCL. Les propriétés physico-chimiques de toutes sortes de nanofibres ont été étudiées en utilisant SEM, DSC, TGA, des mesures d'angle de contact avec l'eau et une analyse de libération de médicament in vitro de l'IBU. Le logiciel ImageJ a été utilisé pour mesurer les diamètres moyens de toutes les nanofibres en prenant des mesures de 50 bars par échantillon. La résistance mécanique des nanofibres chargées en PCL/PEG et IBU et du film GE/HA a été déterminée en utilisant un équipement d'essai de résistance à la traction. En outre, l'analyse antibactérienne du matériau de pansement bicouche a également été testée contre deux types de bactéries. Les résultats de ces techniques de caractérisation ont révélé que toutes les nanofibres PCL avaient une morphologie hétérogène constituée de micro et nano fibres qui étaient majoritairement de forme ronde. Les diamètres moyens des nanofibres électrofilées par la technique NanoSpider étaient compris entre 400 et 800 nm alors que les diamètres moyens des nanofibres produites par la technique à une seule aiguille étaient dans une plage de 400nm à 3µm. Les résultats de l'analyse DSC ont montré que les rapports de cristallinité des nanofibres de PCL électrofilées étaient plus élevés que ceux depastilles de PCL pures ainsi que les nanofibres avec PEG présentaient les rapports de cristallinité les plus élevés. Les études TGA ont non seulement expliqué le comportement de dégradation thermique de ces nanofibres, mais ont également aidé à quantifier la quantité d'IBU dans ces nanofibres. Les in-vitro profils de libération de médicaments de nanofibres PCL chargées IBU présentaient un comportement de libération en deux étapes avec une libération initiale rapide pendant les 5 premières heures, suivie d'une libération prolongée jusqu'à 48 heures. Cependant, le pourcentage d'efficacité de libération d'IBU dans certains cas était inférieur à 50%, ce qui indiquait une libération incomplète du médicament. Cette libération régulière d'IBU à partir de nanofibres souligne le fait qu'elles pourraient fonctionner efficacement en tant que système d'administration de médicament contrôlé dans la première couche de pansement. La bonne mouillabilité et la résistance mécanique du film GE/HA ont prédit une performance efficace de cette couche d'hydrogel pour absorber l'exsudat de la plaie et maintenir un environnement humide autour de la plaie pour une guérison rapide. Enfin, l'analyse antibactérienne in-vitro de ce pansement bicouche chargé IBU/HA a été réalisée contre deux souches bactériennes E. coli (gram négatif) et S. epidermidis (gram positif). De légères zones d'inhibition ont été observées contre les bactéries E. coli alors qu'aucune zone d'inhibition n'a été observée contre les bactéries S. epidermidis