Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοϊνών πολυκαπρολακτόνης με μαστίχα Χίου για επικάλυψη μπαλονιών αγγειοπλαστικής

Η αθηρωμάτωση και οι καρδιαγγειακές επιπλοκές αποτελούν τις βασικές αιτίες θνητότητας παγκοσμίως. Η ενδοαυλική αποκατάσταση και η αγγειοπλαστική με μπαλόνι καθώς και η σχετικά καινούργια εφαρμογή μπαλονιών αγγειοπλαστικής επικαλυμμένων με φάρμακο αποτελούν το βασικό και κυρίαρχο τρόπο αντιμετώπισης. Η μαστίχα Χίου αποτελεί ένα φυσικό εκχύλισμα με πολλές φαρμακευτικές ιδιότητες μεταξύ των οποίων αντιφλεγμονώδη και αντί-αθηρωματική δράση. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η σύνθεση βιοσυμβατών πολυμερικών νανοινών με μαστίχα Χίου με απώτερο στόχο τη χρήση ως επικάλυψη σε μπαλόνια αγγειοπλαστικής με χρήση της τεχνικής του ηλεκτροψεκασμού.To πολυμερές πολυκαπρολακτόνη (PCL 25%, Μ.Β. 70.000) χρησιμοποιήθηκε με κεκαθαρμένη σκόνη μαστίχας Χίου (αναλογία 10:1), σε διαλύτη μεθανόλη και τοποθετήθηκε σε γυάλινη σύριγγα με μεταλλική βελόνα 21G. Οι συνθήκες σύνθεσης με ηλεκτροψεκασμό βελτιστοποιήθηκαν σε τάση 30 kV, ταχύτητα – ρυθμός εκροής στα 10 μλ/min για 10 min. Οι ίδιες συνθήκες ηλεκτροψεκασμού επαναλήφθηκαν με 5 πειράματα ώστε να φανεί η επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων.Ο μορφολογικός χαρακτηρισμός των ινών, έγινε αρχικά με οπτικό μικροσκόπιο σε μεγέθυνση x10 και x40. Οι ίνες εμφάνισαν εξαιρετική ομοιογένεια και απουσία συσσωματωμάτων. Σε δείγμα 300 ινών, η ελάχιστη διάμετρος μετρήθηκε με τιμή 0,150 μm, η μέγιστη 0,467 μm και με μέσο όρο διαμέτρου 0,262 μm.Δείγμα των ινών μελετήθηκε και με το μικροσκόπιο ατομικών δυνάμεων (AFM) από το οποίο πάρθηκαν εικόνες ύψους, φάσης, τρισδιάστατης απεικόνισης, μετρήσεις διαμέτρου (εύρος 0,46 – 1,26 μm) και μέση τετραγωνική ρίζα τραχύτητας (εύρος (81,52 – 163,88 nm). H βιοσυμβατότητα των νανοϊνών ελέγχθηκε in vitro μέσω της ικανότητας των κυττάρων να αναπτύσσονται επάνω στην επιφάνεια των ινών PCL-μαστίχας με καλλιέργεια ΜΤΤ. Συγκρίνοντας κύτταρα ελέγχου, η βιωσιμότητα των κυττάρων μειώθηκε κατά 10% την πρώτη ημέρα αλλά στη συνέχεια αυξήθηκε κατά 29,36% και 53,95% τη δεύτερη και τρίτη ημέρα αντίστοιχα. Μελέτη απελευθέρωσης της μαστίχας σχεδιάστηκε σε μη βιολογικό σύστημα σε διαλύτη μεθανόλη με φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης. Το μέγιστο μήκος κύματος στο οποίο απορροφά η μαστίχα Χίου δεν ήταν διαθέσιμο από την βιβλιογραφία, οπότε δημιουργήθηκε πρότυπη μελέτη απορρόφησης για τις ανάγκες της παρούσας μελέτης στα 280-312 nm. Η μελέτη κινητικής απελευθέρωσης της μαστίχας έδειξε κορύφωση στα 4 έως 15 λεπτά με σταθεροποίηση στα 35 λεπτά. Τέλος ένα μπαλόνι αγγειοπλαστικής για περιφερική αρτηριοπάθεια χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα για σύνθεση νανοινών με ηλεκτροψεκασμό με τις ίδιες πειραματικές συνθήκες. Πραγματοποιήθηκε μορφολογικός χαρακτηρισμός με το οπτικό μικροσκόπιο με το μπαλόνι ξεφούσκωτο και υπό διαστολή. Οι ίνες εναποτέθηκαν επάνω στο μπαλόνι με αρκετά μεγάλη τυχαιότητα αλλά και σχηματισμό συσσωματωμάτων χωρίς όμως μεταβολή της δομής τους κατά την διαστολή του μπαλονιού. Οι διάμετροι των ινών δεν εμφάνισαν ιδιαίτερη μεταβολή πριν (ελάχιστη τιμή 0,374 μm, μέγιστη τιμή 1,351μm και μέσος όρος 0,708 μm) και μετά την διαστολή του μπαλονιού (ελάχιστη τιμή 0,260 μm, μέγιστη τιμή 1,298 μm και μέσος όρος 0,679 μm). Η παρούσα εργασία αποτελεί την πρώτη προσπάθεια σύνθεσης βιοσυμβατών πολυμερικών νανοϊνών με μαστίχα Χίου με χρήση νανοτεχνολογίας και συγκεκριμένα την τεχνική του ηλεκτροψεκασμού. Απώτερος στόχος είναι η χρήση των νανοινών ως επικάλυψη σε μπαλόνια αγγειοπλαστικής και η πιθανή χρήση της μαστίχας ως παράγοντας αναστολής της επαναστένωσης των αρτηριών μετά από αγγειοπλαστική.

Atheromatosis and cardiovascular diseases are one of the leading causes of mortality globally. Endovascular intervention, and angioplasty with recently developed drug eluting balloons has evolved to be the cornerstone of treatment. Chios Mastic gum (CMG) is a natural resign with multiple properties including anti-inflammatory and anti-atheromatic. Drug delivery systems using nanotechnology is a relatively novel concept which offers multiple advantages and thus huge research, and development is underway. The purpose of this study was to develop biocompatible nanofibers with CMG to be used as coating in angioplasty balloons using electrospraying method. Polycaprolactone (PCL 25%, molecular weight 70.000) with purified CMG powder (10:1 ratio) diluted in methanol was used in a syringe with a 21G needle. Electrospraying conditions were set at 30kV, with a volume of 10μl/min for 10 minutes to synthetize mastiha based nanofibers. The same experiment conditions were repeated 5 times in order to validate the repeatability of the results. Optical microscopy characterization under x10 and x40 magnification was done. Nanofibers had good homogeneity and absence of beads. In a sample of 300 fibbers minimum diameter was 0,150 μm, maximum diameter was 0,467 μm while the average diameter was 0,262 μm. A sample of the above fibbers were examined morphologically under atomic force microscopy (AFM). Images of height, phase and 3D were obtained, and values of diameter (range: 0,46 – 1,26 μm) and root mean square roughness (range: (81,52 – 163,88 nm) was measured. Cytocompatibility of the nanofibers were examined in vitro by testing the ability of cells to proliferate on a surface with PCL-mastic nanofibers using the MTT cell assay. Cell viability decreased by 10% the first day, but then increased by 29,36% and 53,95% on the second and third day when compared with the control group.Drug release studies were scheduled in a non-biological system inside methanol solution using dual beam spectrophotometer. The wavelength in which Chios mastic gum has its highest absorbance was not previously known, so it was measured for the needs of this study at 280-312 nm. Subsequently the burst release for all the samples was found to be between 4 and 15 minutes, with a stabilization at 35 minutes. Finally, a 5mm balloon for peripheral arteries was then used as substrate for electrospraying nanofibers under the same parameters. Morphological characterization was performed with optical microscopy with the balloon deflated and inflated. The nanofibers on the balloon showed randomness and beads formation with no structural differences between inflation and deflation. In the deflated balloon minimum diameter was 0,374 μm, maximum 1,351μm and average 0,708 μm. Similarly, in the inflated balloon minimum diameter was 0,260 μm, maximum 1,298 μm and average 0,679 μm.This is the first study that uses nanotechnology, through electrospraying technique to synthetize biocompatible polymeric nanofibers with Chios mastic gum for use as coating for drug eluting balloons. Further in vitro and in vivo studies required in order to standardize the technique and assess the efficacy of these angioplasty balloons