Półsferyczne cząstki PCL na podłożu stałym z zainkorporowanymi antybiotykami tetracyklinowymi

Nowym rozwiązaniem, które mogłoby znaleźć zastosowanie w implantologii i zapobieganiu tworzenia się biofilmów bakteryjnych, jest otrzymywanie półsferycznych mikrocząstek polimerowych osadzonych na stałym podłożu z zainkorporowanymi antybiotykami. Celem pracy była optymalizacja metody otrzymywania takich materiałów, a następnie przeprowadzenie ich charakterystyki fizykochemicznej i mikrobiologicznej. Polimerem używanym do badań był biodegradowalny polikaprolakton (PCL), który został zatwierdzony przez FDA i na co dzień znajduje zastosowanie m.in. w medycynie estetycznej. Jako substancje o działaniu przeciwbakteryjnym wykorzystano antybiotyki tetracyklinowe – doksycyklinę, demeklocyklinę oraz minocyklinę. Są to antybiotyki o szerokim spektrum działania, które dodatkowo, dzięki swojej budowie strukturalnej, wykazują naturalną fluorescencję. Półsferyczne mikrocząstki otrzymywano metodą dewettingu, czyli odwilżania, która polega na wygrzewaniu ciągłej warstwy polimerowej osadzonej na szkiełku w hydrofilowym rozpuszczalniku powyżej temperatury topnienia polimeru. Do analizy fizykochemicznej otrzymanych próbek i zbadania skuteczności inkorporacji antybiotyków do mikrocząstek wykorzystano mikroskop optyczny i fluorescencyjny, mikroskop konfokalny oraz spektrofluorymetr. Badania mikrobiologiczne przeprowadzono na szczepie ATCC 6538 gronkowca złocistego metodą seryjnych rozcieńczeń oraz hodowli bakteryjnych na stałym podłożu. Otrzymane wyniki wskazują na prawidłową inkorporację antybiotyków w strukturę mikrocząstek polikaprolaktonu oraz potwierdzają ich działanie przeciwbakteryjne. Konieczne są jednak dalsze badania ukierunkowane na m.in. zbadanie i ewentualną poprawę powtarzalności opracowanej metody oraz ocenę możliwości zastosowania innych podłoży do formowania mikrocząstek.

A novel solution with potential applications in implantology and the prevention of bacterial biofilm formation involves the production of spherical-cap polymer microparticles — embedded with antibiotics — on a solid substrate. The aim of this study was to optimize the fabrication method for these materials and subsequently characterize their physicochemical and microbiological properties. The polymer selected for the study was biodegradable polycaprolactone (PCL), an FDA-approved material widely used in fields such as aesthetic medicine. Tetracycline-class antibiotics - specifically doxycycline, demeclocycline, and minocycline - were employed as antimicrobial agents; these broad-spectrum antibiotics also exhibit natural fluorescence due to their structural composition. Spherical-cap microparticles were produced using the dewetting method, which entails heating a continuous polymer film deposited on a glass slide in a hydrophilic solvent to a temperature above the polymer's melting point. Physicochemical analysis of the samples and an assessment of antibiotic incorporation efficiency were conducted using optical, fluorescence, and confocal microscopy, as well as spectrofluorimetry. Microbiological testing was performed on the Staphylococcus aureus strain ATCC 6538 using serial dilution and solid-medium bacterial culture methods. The results demonstrate successful incorporation of the antibiotics into the polycaprolactone microparticle structure and confirm their antimicrobial activity. However, further research is required, aimed at investigating and potentially improving the reproducibility of the developed method and evaluating the feasibility of using other substrates for microparticle formation.