Advanced Electrospun Chitosan-(Polylactic Acid)-(Silver Nanoparticle)-Based Scaffolds for Facilitated Healing of Purulent Wounds: A Preclinical Investigation

Abstract

Біоматеріали, модифіковані антибактеріальними речовинами, включаючи наночастинки, відкривають нові можливості для ефективного лікування інфікованих ран. На жаль, більшість публікацій зосереджувалися лише на експериментах in vitro, з обмеженим розумінням їхнього потенціалу для клініки. Це дослідження оцінює ефективність in vivo електроформованих мембран хітозан/полімолочна кислота (Ch/PLA), збагачених наночастинками срібла (AgNPs), для лікування гнійних ран. Композитний біоматеріал поєднує біосумісність та антимікробну активність хітозану зі структурною цілісністю PLA, тоді як AgNPs підвищують антибактеріальну ефективність проти основних ранових патогенів, включаючи Staphylococcus aureus , Pseudomonas aeruginosa та Escherichia aureus . На щурячій моделі було створено модель гнійної рани повної товщини, і тварин розділили на три групи лікування: (i) Ch/PLA, (ii) Ch/PLA-AgNPs та (iii) PLA-хлоргексидин (контроль). Загоєння ран контролювали протягом 21 дня за допомогою макроскопічної оцінки, гістологічного, імуногістохімічного та мікробіологічного аналізу. Мембрани Ch/PLA-AgNPs значно зменшили бактеріальну колонізацію протягом 4–6 днів, сприяли утворенню грануляційної тканини та прискорили епітелізацію порівняно з немодифікованим каркасом Ch/PLA. До 15-го дня в групі Ch/PLA-AgNPs спостерігалося повне закриття рани, що можна порівняти з ранами, обробленими PLA-хлоргексидином. Імуногістохімічний аналіз виявив контрольовану запальну реакцію зі збалансованим переходом макрофагів M1/M2, що сприяє ефективній регенерації тканин. Крім того, оцінки системної токсичності не виявили значного побічного впливу на внутрішні органи. Ці результати демонструють, що електропрядені мембрани Ch/PLA-AgNPs ефективно прискорюють загоєння гнійних ран, поєднуючи антимікробний захист з біосумісною підтримкою тканин. Цей інноваційний підхід є перспективною альтернативою традиційним пов'язкам на рани та відкриває шлях для клінічного застосування в лікуванні інфікованих ран.

Biomaterials modified by antibacterial substances, including nanoparticles, open new opportunities for the effective treatment of infected wounds. Unfortunately, most publications focused only on experiments in vitro, with limited understanding of their potential for the clinic. This study evaluates the effectiveness in vivo of electrospun chitosan/polylactic acid (Ch/PLA) membranes enriched with silver nanoparticles (AgNPs) for purulent wound treatment. The composite biomaterial integrates chitosan’s biocompatibility and antimicrobial activity with PLA’s structural integrity, while AgNPs enhance antibacterial efficacy against major wound pathogens, including Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, and Escherichia aureus. A full-thickness purulent wound model was established in a rat model, and the animals were divided into three treatment groups: (i) Ch/PLA, (ii) Ch/PLA-AgNPs, and (iii) PLA-chlorhexidine (control). Wound healing was monitored over 21 days through macroscopic evaluation, histology, immunohistochemistry, and microbiological analysis. The Ch/PLA-AgNPs membranes significantly reduced bacterial colonization within 4–6 days, promoted granulation tissue formation, and accelerated epithelialization compared to the non-modified Ch/PLA scaffold. By day 15, complete wound closure was observed in the Ch/PLA-AgNPs group, comparable to PLA-chlorhexidine-treated wounds. Immunohistochemical analysis revealed a controlled inflammatory response with a balanced macrophage M1/M2 transition, supporting efficient tissue regeneration. Furthermore, systemic toxicity assessments indicated no significant adverse effects on internal organs. These findings demonstrate that electrospun Ch/PLA-AgNPs membranes effectively accelerate purulent wound healing by combining antimicrobial protection with biocompatible tissue support. This innovative approach presents a promising alternative to conventional wound dressings and paves the way for clinical applications in managing infected wounds.