Effects of electrospun scaffolds of di-O-butyrylchitin and poly-(ε-caprolactone) on wound healing

Effects of electrospun scaffolds of di-O-butyrylchitin and poly-(ε-caprolactone) on wound healing

Can J Surg 2017;60(3):162-171 | PDF

Jacek Drobnik, MD, PhD; Izabella Krucinska, ScD, PhD; Agnieszka Komisarczyk, PhD; Stanislaw Sporny, MD, PhD; Alicja Szczepanowska, PhD; Joanna Ciosek, PhD

Abstract

Background: We sought to determine the usefulness of electrospun dibutyrylchitin (DBC) or poly-(ε-caprolactone [PCL]), in wound treatment. We investigated the mechanisms of action of these polymers on wound healing.

Methods: We synthesized DBC, a newly identified ester derivative of chitin, using a patented method comprising the substitution of butyryl groups at positions C-3 and C-6 in chitin molecules. We confirmed the double substitution by the butyric groups using infrared spectrometry. The fibrous scaffolds were obtained using the electrospinning method. A polypropylene net was implanted subcutaneously in the rat and served as a wound model.

Results: Both DBC and PCL increased granulation tissue weight in the wound. In contrast to PCL, DBC did not abolish glycosaminoglycan changes in wounds. The tested samples did not impair total collagen synthesis or induce excessive fibrosis. In both PCL- and DBC-treated wounds, we observed a lower level of soluble collagen (compared with controls). The results show better hydration of the wounds in both the DBC and PCL groups. No induction of large edema formation by the tested materials was observed. These polymers induced almost identical macrophage-mediated reactions to foreign-body implantation. The implants increased the blood vessel number in a wound.

Conclusion: Both PCL and DBC could be used as scaffolds or dressings for wound treatment. The materials were safe and well tolerated by animals. As DBC did not disturb glycosaminoglycan accumulation in wounds and absorbed twice as much liquid as PCL, it can be considered superior.

Résumé

Contexte : Nous avons cherché à déterminer l’utilité du dibutyryl-chitine (DBC) ou du poly-(ε-caprolactone [PCL]) électrofilés dans le traitement des plaies. Nous avons étudié les mécanismes d’action de ces polymères sur la cicatrisation des plaies.

Méthodes : Nous avons synthétisé le DBC, un dérivé ester récemment identifié de la chitine, à l’aide d’une méthode brevetée incluant la substitution des groupes butyryl aux positions C-3 et C-6 des molécules de chitine. Nous avons confirmé la substitution double par les groupes butyriques à l’aide de la spectrométrie infrarouge. Les échafaudages fibreux ont été obtenus grâce à la méthode de filage électrostatique. Un filet en polypropylène a été implanté par voie sous-cutanée dans le rat et a servi de modèle de plaie.

Résultats : Le DBC et le PCL ont tous deux augmenté le poids du tissu de granulation dans la plaie. Contrairement au PCL, le DBC n’a pas supprimé les changements des glycosaminoglycanes des plaies. Les échantillons examinés n’ont pas perturbé la synthèse totale de collagène ni entraîné une fibrose excessive. Nous avons observé un niveau inférieur de collagène soluble (par rapport aux témoins) tant dans les plaies traitées par PCL que par DBC. Les résultats montrent une amélioration de l’hydratation des plaies tant pour les groupes DBC que PCL. Les matériaux à l’étude n’induisaient pas d’oedème étendu. Ces polymères ont induit des réactions macrophagiques presque identiques à l’implantation d’un corps étranger. Les implants ont accru le nombre de vaisseaux sanguins de la plaie.

Conclusion : Tant le PCL que le DBC pourraient être utilisés comme échafaudages ou pansements pour le traitement des plaies. Les matériaux étaient sécuritaires et ont été bien tolérés par les animaux. Comme le DBC n’a pas perturbé l’accumulation des glycosaminoglycanes des plaies et a absorbé 2 fois plus de liquide que le PCL, il peut être considéré comme étant supérieur.


Accepted Oct. 11, 2016; Early-released Apr. 1, 2017

Acknowledgements: The research was partially funded by the Ministry of Science and Higher Education (PBZ-MNiSW-01/II/2007, Biodegradable Non-wovens for Medical, Agricultural and Technical applications). The authors are grateful to Teresa Staszewska for technical assistance.

Affiliations: From the Laboratory of Connective Tissue Metabolism, Medical University of Lodz, Lodz, Poland (Drobnik, Szczepanowska); the Department of Material and Commodity Sciences and Textile Metrology, Lodz University of Technology, Lodz, Poland (Krucinska, Komisarczyk); the Department of Dental Pathology, Medical University of Lodz, Lodz, Poland (Sporny); and the Department of Neuropeptides Research, Medical University of Lodz, Lodz, Poland (Ciosek).

Competing interests: None declared.

Contributors: J. Drobnik and I. Krucinska designed the study. J. Drobnik, A. Komisarczyk, S. Sporny and A. Szczepanowska acquired the data, which all authors analyzed. J. Drobnik, I. Krucinska, A. Komisarczyk and S. Sporny wrote the article, which all authors reviewed and approved for publication.

DOI: 10.1503/cjs.010116

Correspondence to: J. Drobnik, Neuropeptides Research, Narutowicza 60, Lodz 90-136, Poland; jacek.drobnik@umed.lodz.pl