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Jun 24, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 14012 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Können Brucellose-bedingte biochemische und immunologische Parameter als Diagnose- und Behandlungsindikatoren verwendet werden? Ziel dieses Projekts war die Untersuchung biochemischer Parameter, Spurenelemente und Entzündungsfaktoren im akuten und chronischen Stadium der Brucellose nach Behandlung mit Streptomycin und Hydroxychloroquin-beladenen festen Lipid-Nanopartikeln (STR-HCQ-SLN). Für die Synthese von Nanopartikeln wurde die Doppelemulsionsmethode verwendet. Bei an Brucellose erkrankten Ratten wurden die Serumspiegel von Spurenelementen, Vitamin D, CRP und biochemischen Parametern gemessen. Die therapeutische Wirkung von STR-HCQ-SLN wurde mit der von freien Medikamenten verglichen. Sowohl bei gesunden als auch bei infizierten Ratten waren die Serumkonzentrationen von Kupfer, Zink, Eisen, Magnesium, Kalium und die biochemischen Parameter der Leber signifikant unterschiedlich. Durch die Veränderung der Serumspiegel der oben genannten Faktoren hatte die Behandlung mit STR-HCQ-SLN eine positive therapeutische Wirkung auf chronische Brucellose. Der Vitamin-D-Spiegel sank (46,4 %) und der CRP-Spiegel stieg (von 7,5 mg auf weniger als 1 mg) im gesamten akuten und chronischen Stadium der Brucellose. Diese Studie zeigte, dass durch den Vergleich der biochemischen Parameter und der Spurenelementspiegel im Serum gesunder und erkrankter Mäuse im akuten und chronischen Stadium der Brucellose Hilfe durch andere Routinemethoden zur Diagnose gewonnen werden kann.

Brucellose ist eine zoonotische Krankheit, die häufig Menschen und Tiere befällt und durch verschiedene Arten der Gattung Brucella verursacht wird. Diese Krankheit kann unspezifische klinische Symptome, zahlreiche Nebenwirkungen und Schäden an verschiedenen Organen verursachen1,2. Die vier Brucella-Arten, die das Potenzial haben, Menschen zu infizieren, sind Brucella abortus, Brucella melitensis, Brucella suis und Brucella canis. Brucellen, die in Makrophagen leben und vor der extrazellulären Umgebung geschützt sind, können auch gegen In-vivo-Antibiotika resistent werden, die zuvor nur unter In-vitro-Bedingungen wirksam waren3,4. Kühe, Schafe, Ziegen und andere kleine Wiederkäuer können in ihrer Milch und ihren Sekreten Bakterien ausscheiden, die bei Menschen und anderen Tieren zu Infektionen führen können. Eine der Hauptübertragungsarten der Krankheit auf den Menschen ist der Kontakt mit infizierten Tieren und der Verzehr von nicht pasteurisierten Milchprodukten. Trotz großer Fortschritte bei der Brucellosebekämpfung in Industrieländern ist diese Infektion immer noch eine wichtige Krankheit im Nahen Osten (ME)5,6.

Nach dem Eindringen von Brucella in Makrophagen und der Verhinderung der Apoptose erschweren die Fähigkeit der Bakterien, sich an neue Umweltbedingungen anzupassen, das Bakterienwachstum in Makrophagenzellen, das Fehlen des Selbstschutzes des Wirts und das anschließende Scheitern der Behandlung die Ausrottung der Bakterien, was zu einer erneuten Infektion führt7 ,8. Innerhalb der ersten sechs Monate der Behandlung kommt es bei fast 30 % der Patienten zu einem milderen Wiederauftreten der Erkrankung als in den früheren Stadien. Zu diesem Zweck sind neue Ansätze erforderlich, um das Wiederauftreten von Krankheiten zu reduzieren9.

Der Einsatz von Nanoträgern ist eine vielversprechende Strategie. Die präzise Formulierung von Nanoträgern erhöht ihre Stabilität und hat das Potenzial, ihre Auflösung, angemessene biologische Konzentration, therapeutische Wirkung und Bioverfügbarkeit zu beschleunigen10,11,12. Daher gelten Arzneimittelverabreichungssysteme als vielversprechende Methode zur Überwindung der Einschränkungen konventioneller Behandlungen13.

Spurenelemente sind für die Ernährung, Biochemie und Enzymstruktur des Körpers unerlässlich. Die Bestimmung der Funktion dieser Elemente während der Pubertät, Aktivität und Abwehr könnte ein vielversprechendes Instrument in der Molekularbiologie und Genetik sein12. Die Zellen des Immunsystems benötigen Spurenelemente in ausreichender Menge für eine ordnungsgemäße Struktur und Funktion14,15. Beispielsweise ist Kupfer für die Cytochrom-C-Oxidase in der mitochondrialen Elektronentransportkette essentiell, und Eisen wird für die Succinatdehydrogenase (SDH) und die Cytochrom-A-, B-, C- und NADH-Funktionen benötigt16. Für die Verbesserung der Aktivität von Enzymen, die die Zellabwehrfunktion verbessern, sind Spurenelemente erforderlich17. Darüber hinaus benötigen mehr als 300 Enzyme, die an der Biosynthese von Zuckern, Proteinen und Fetten beteiligt sind, Magnesium, das für ihre Stabilität und ordnungsgemäße Funktion notwendig ist12.

Vitamin D ist ein weiteres wichtiges Spurenelement, da es zur Aufrechterhaltung der Kalziumhomöostase beiträgt, die sowohl für das angeborene als auch für das erworbene Immunsystem von entscheidender Bedeutung ist18. Studien zufolge erhöht ein gesunder Vitamin-D-Spiegel im Serum des Wirts die Stärke des Immunsystems gegen Infektionen. Es wurde festgestellt, dass der Vitamin-D-Spiegel im Blut mit dem Infektionsrisiko korreliert. Darüber hinaus unterstützt Vitamin D die Makrophagenfunktion und ist für die antimikrobielle INF1-Aktivität in menschlichen Makrophagen erforderlich19.

Brucellose hat zerstörerische Auswirkungen auf menschliche Körperorgane wie Leber, Milz, Gelenke usw. Dadurch verändert sich auch die Menge an Enzymen und Proteinen im Körper. Beispielsweise fällt der C-reaktive Protein (CRP)-Spiegel im Serum bei gesunden Erwachsenen typischerweise unter 1 mg/L; Allerdings steigt der CRP-Wert bei den meisten Infektionskrankheiten schnell an. Brucellose führt zur Zerstörung von Leberenzymen wie Alanintransaminase, Gesamtbilirubin, alkalischer Phosphatase und Aspartataminotransferase.

Feste Lipidnanopartikel (SLN) wurden als Trägergerüst für viele Anwendungen konzentriert. Verschiedene Moleküle, Peptide und Medikamente werden erfolgreich in SLNs geladen. Das Arzneimittelabgabesystem reguliert die Arzneimittelfreisetzung und verbessert außerdem die chemische Stabilität des Arzneimittels20. In diesem Zusammenhang bestand das Ziel dieses In-vivo-Experiments darin, die therapeutische Wirkung von SLN, das Streptomycin (STR) und Hydroxychloroquin (HCQ) (STR-HCQ-SLN) enthält, auf akute und chronische Phasen der Brucellose und seine Wirkung auf die Serumspiegel von zu bestimmen C-reaktives Protein, Vitamin D, Nierenfunktionsparameter und Leberenzyme.

Zur Herstellung von Nanopartikeln wurde die Doppelemulsions-/Schmelzdispersionstechnik verwendet10. Um eine optimale Formulierung zu erreichen, wurden unterschiedliche Mengen von zwei Arten von Lipiden, wasserlöslichen und lipidlöslichen Tensiden und Arzneimitteln, bewertet. Kurz gesagt wird Palmöl oder Stearinsäure zunächst in einem Wasserbad (einer Art Heißwasserbad) auf 70 °C erhitzt. Anschließend wurden das Lecithin/Poloxamer und die Arzneimittel (Streptomycin und HCQ) zum geschmolzenen Öl gegeben und mit einem Magnetrührer gemischt. Die Mischung wurde nach Zugabe von erhitztem destilliertem Wasser und 60-sekündiger Ultraschallbehandlung bei 45 °C homogenisiert. Im zweiten Schritt wurde die vorbereitete Ausgangsemulsion mit vorgewärmtem Tween-80 vermischt und mit einem Ultraschallgerät eine Minute lang bei 45 °C homogenisiert. In diesem Schritt wurde die fertige Emulsion langsam zu der Lösung aus destilliertem Wasser und Quantenpunkt-Cadmiumtellurid bei 4 °C gegeben, die auf einen Magnetrührer gestellt wurde, um die synthetisierten Nanopartikel zu stabilisieren. Der gleiche Prozess wurde durchgeführt, um freies SLN herzustellen. Abschließend wurden die synthetisierten Nanopartikel dreimal mit destilliertem Wasser in einer Hochgeschwindigkeitszentrifuge (35.000 U/min für 20 Minuten) gewaschen.

Nach der Synthese von STR-HCQ-SLN wurden seine Eigenschaften wie durchschnittliche Größe, Zetapotential und Polydispersitätsindex bewertet. Die maximale Wellenlänge (λmax) von STR und HCQ wurde ebenfalls bewertet. Anschließend wurde mit einem Spektrophotometer eine Standardkurve beim λmax jedes Arzneimittels erstellt. Direkte (Spektrometer) und indirekte (Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC)) Methoden wurden verwendet, um das Ausmaß der Einkapselung und die Beladung von Arzneimitteln in SLN zu bestimmen. Der thermische Index des Nanopartikels und seiner Komponenten wurde mithilfe einer Differentialscanningkalorimetrie (DSC) (METTLER TOLEDO-DSC 1) untersucht. Zur spektroskopischen Untersuchung der Proben wurde das lyophilisierte Pulver aus synthetisierten Nanopartikeln und Nanopartikelkomponenten gleichzeitig mit einer bestimmten Menge Kaliumbromid (kb) vermischt und durch einen hydraulischen Kompressor zu komprimierten Scheiben verarbeitet. Die Scheiben wurden dann mittels Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) (PerkinElmer Spectrum 400, Amerika) im mittleren IR-Bereich (400–4000 cm) des Infrarotlichtpfads aufgezeichnet. Die Dialysebeutelmethode wurde verwendet, um die Arzneimittelfreisetzungsrate aus dem synthetischen Nanopartikelsubstrat (Molekulargewicht 14.000–12.000 Dalton und Porengröße 2,5 nm) zu bewerten.

Es wurden sowohl die kurzfristigen (eine Woche Überprüfung hinsichtlich des Aussehens und ein Monat hinsichtlich der physikalisch-chemischen Eigenschaften und des Aussehens) als auch die langfristigen (aus Sicht der physikalisch-chemischen Eigenschaften und des Aussehens sechs bis zwölf Monate) Aspekte der Stabilität von Nanopartikeln untersucht. Die Maus-Makrophagen-Zelllinie J774-A.1 wurde verwendet, um die Zytotoxizität der synthetisierten Nanopartikel gemäß den Anweisungen des Kits (Kiasyst Kit/Iran) zu bewerten. Die Morphologie der Nanopartikel wurde mithilfe eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops (FE-SEM)10,21 beobachtet.

Männliche Wistar-Ratten mit einem Gewicht von 250 ± 25 g und einem Alter zwischen 6 und 8 Wochen wurden aus dem Tierheim der Hamadan University of Medical Sciences erhalten. Mäusen wurde der B. melitensis-Stamm m16 in einer Konzentration von 1,5 × 106 KBE/ml durch intraperitoneale Injektion (IP) inokuliert. Nach 10 Tagen (der akuten Infektionsphase) und 6 Wochen (der chronischen Infektionsphase) wurden die Mäuse in 8 Gruppen eingeteilt.

Fünf Ratten aus jeder Gruppe wurden während der akuten Phase der Infektion untersucht: (1) eine positive Kontrolle (die unbehandelte infizierte Gruppe), (2) eine negative Kontrolle (die gesunden Ratten), (3) behandelt mit freiem STR (2,5 mg/ kg), (4) behandelt mit freiem HCQ (2,6 mg/kg), (5) behandelt mit freiem STR und HCQ, (6) behandelt mit STR-SLN (2,5 mg/kg), (7) behandelt mit HCQ-SLN und (8) elf, dreizehn und fünfzehn Tage nach der Infektion mit STR-HCQ-SLN behandelt.

Darüber hinaus wurden zehn Ratten aus jeder Gruppe während der chronischen Phase der Infektion untersucht: (1) eine Positivkontrolle (die unbehandelte infizierte Gruppe), (2) eine Negativkontrolle (die gesunden Ratten), (3) behandelt mit freiem STR (2.5). mg/kg), (4) behandelt mit freiem HCQ (2,6 mg/kg), (5) behandelt mit freiem STR und HCQ, (6) behandelt mit STR-SLN (2,5 mg/kg), (7) behandelt mit HCQ -SLN und (8) 10 Tage lang (einmal täglich) mit STR-HCQ-SLN behandelt. Einen Tag nach der letzten parenteralen Dosis wurden 87/13 mg/kg Ketamin und Xylazin zur Anästhesierung von Ratten verwendet. Zur weiteren Untersuchung wurde Blut aus den Herzen von Ratten entnommen20. Tierversuche wurden gemäß den ARRIVE-Richtlinien durchgeführt. Die Ethikkommission der Hamadan University of Medical Sciences hat diese Studie gemäß den Richtlinien der US National Institutes of Health genehmigt. Angesichts der pathogenen Natur von Brucella wurden alle Sicherheitsprotokolle, einschließlich Biosicherheitsstufe 3 (BSL-3) und die Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA), berücksichtigt.

Die Serumspiegel von Spurenelementen (Zink, Kupfer, Eisen, Kalzium, Phosphor und Magnesium) wurden photometrisch mit einem Audit Kit (Irland) und einem AutoAnalyzer (Hitachi 902, Japan) bestimmt. Anschließend wurden die Natrium- und Kaliumspiegel im Serum mit Convergys® ISE (Deutschland)12 gemessen.

Die Serumspiegel von Aspartataminotransferase (AST), Alanintransaminase (ALT), alkalischer Phosphatase (ALP), Kreatinin, Gesamtbilirubin (TBil) und Harnstoff wurden mit dem Audit Kit (Irland) und dem AutoAnalyzer (Hitachi 902, Japan) bestimmt Photometrie-Methode12.

Die Serum-CRP-Spiegel bei Ratten wurden mit dem NycoCard™ CRP-Kit (Norwegen) überprüft. Bei diesem Kit handelt es sich um einen immunchemischen Test zur quantitativen Bestimmung von CRP in Vollblut, Serum und Plasma. Die CRP-Messung liefert Informationen zur Diagnose und Beurteilung von Infektionen, entzündlichen Erkrankungen und verwandten Erkrankungen. Um den Vitamin-D-Spiegel in verschiedenen Studiengruppen zu messen, wurde das Elisa-Kit (Arka Fanazma-Iran) gemäß den Kit-Anweisungen18 verwendet.

Der Mittelwert und die Standardabweichung aller untersuchten Serumparameter wurden im akuten und chronischen Krankheitsstadium berechnet. Die Gruppen wurden mithilfe von Duncans Mehrfachbereichs- und Varianzanalysetests (ANOVA) verglichen, da es in den beiden Phasen mehrere Gruppen gab. Die Beziehung zwischen den verschiedenen Parametern wurde durch Pearsons Korrelationsanalyse ermittelt und P-Werte ≤ 0,05 wurden als signifikant angesehen.

Die Studie wurde unter dem Ethik-Genehmigungscode IR.UMSHA.REC.1401.916 durchgeführt.

Die durchschnittliche Größe und der optimale Polydispersitätsindex (PDI-Index) der optimalen Nanopartikel (F4) betrugen 312,5 ± 26 bzw. 0,433 ± 0,09 nm. Die optimalen Nanopartikel (F4) verkapselten STR und HCQ mit einer Rate von 94,2 bzw. 85 % und einem Zetapotential von −15,2 mV. Die mittlere Wirkstoffbeladungsrate in den verschiedenen Formulierungen betrug 13,07 %. Der geladene Gehalt in der F4-Formulierung betrug 16,6 %. Die optimalen Nanopartikel hatten nach den Ergebnissen der FE-SEM eine morphologisch sphärische Form, eine glatte Oberfläche und eine gleichmäßige Dispersion. (Tabelle 1, Abb. 1).

FE-SEM-Bild der optimalen Formulierung.

Die Ergebnisse der Toxizitätstests zeigten, dass das freie Arzneimittel und die synthetisierten Nanopartikel in einer Konzentration von 100 mg/ml keine toxischen Wirkungen hatten. Darüber hinaus waren die Auswirkungen von Nanopartikeln und freiem Arzneimittel auf die Zellen statistisch nicht unterschiedlich (P > 0,05) (Abb. 2). Bemerkenswert ist, dass gemäß den Ergebnissen der minimalen Hemmkonzentration (MHK) die antibakteriellen Dosen unter In-vivo- und In-vitro-Bedingungen niedriger waren als die im Toxizitätstest verwendeten Dosen.

Die Wirkung freier Medikamente und Nanopartikel auf J774A.1-Zellen. *P-Wert < 0,05, **P-Wert < 0,001).

Der Serumspiegel der Leberenzyme unterschied sich deutlich zwischen der Gruppe der positiven Kontrollratten und der Gruppe der gesunden Ratten. Die positive Kontrollgruppe wies im Vergleich zu gesunden Ratten einen Anstieg des AST-Serumspiegels um 65 % auf. Die Behandlung mit STR-HCQ-SLN senkte den AST-Spiegel signifikant (P < 0,001). Darüber hinaus wiesen Ratten, die mit freiem STR behandelt wurden, niedrigere AST-Spiegel auf, dieser Rückgang war jedoch im Vergleich zur Positivkontrolle statistisch unbedeutend (P > 0,05). Die Serumspiegel von TBil und ALP in den mit STR-HCQ-SLN und STR-SLN behandelten Gruppen zeigten im Vergleich zur Positivkontrollgruppe einen signifikanten Rückgang. Die Serumspiegel von ALT veränderten sich in den verschiedenen Gruppen, die in dieser Studie untersucht wurden, nicht wesentlich. Gemäß Tabelle 2 gab es keinen statistisch signifikanten Unterschied (P < 0,05) zwischen den Serumspiegeln von Harnstoff und Kreatinin in verschiedenen Gruppen.

Die Daten zeigten, dass die gesunden Ratten einen höheren Natriumspiegel aufwiesen als die Positivkontrolle (P < 0,05). Die Natriumspiegel bei den mit STR-HCQ-SLN behandelten Ratten waren nahezu identisch mit denen in der Gruppe der gesunden Ratten. Darüber hinaus lagen die Serumkalziumspiegel bei mit STR-HCQ-SLN behandelten Ratten deutlich näher an denen gesunder Ratten. Der Kaliumspiegel im Serum entsprach dem Natriumspiegel. Die mit STR-HCQ-SLN behandelte Gruppe erlebte den höchsten Erholungsgrad, und das Medikament war in der Lage, den Serumkaliumspiegel gesunder Ratten wieder in den Normalbereich zu bringen. Den Ergebnissen zufolge unterschieden sich die Phosphorspiegel im Serum zwischen gesunden und Kontrollgruppen nicht signifikant. Darüber hinaus wurden keine nennenswerten Unterschiede in den Serumkonzentrationen der genannten Spurenelemente in den verschiedenen Gruppen sowie in der chronischen und akuten Phase beobachtet (Abb. 3).

Gehalt an Spurenelementen im Serum; im akuten und chronischen Stadium der Brucellose. Natrium (A), Kalzium (B), Kalium (C) und Phosphor (D).

Abbildung 4 zeigt, dass der Serumzinkspiegel (Zn) der Positivkontrollgruppe deutlich niedriger ist als bei gesunden Ratten (P < 0,05). Der Serumspiegel von Zink war bei mit STR-HCQ-SLN behandelten Ratten bei akuter und chronischer Brucellose deutlich erhöht (P < 0,05). Sowohl in der akuten als auch in der chronischen Phase war bei den infizierten Gruppen im Vergleich zu den gesunden Ratten die Menge an Kupfer (Cu) erhöht. Im Gegensatz dazu waren die Eisen- (Fe) und Magnesiumspiegel (Mg) im Serum während der akuten und chronischen Stadien der Brucellose signifikant erniedrigt. Die in dieser Studie mit freien Medikamenten und synthetisierten Nanopartikeln behandelte Gruppe normalisierte im Allgemeinen den Gehalt an Spurenelementen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass STR-SLN und STR-HCQ-SLN beim Vergleich der Gruppen den größten Einfluss auf die Genesung der Ratten hatten.

Spurenelementkonzentration im Serum während der akuten und chronischen Stadien der Brucellose. Konzentrationen von Zn (A), Cu (B), Mg (C) und Fe (D).

Zwischen den gesunden Ratten und der positiven Kontrollgruppe war der Vitamin-D-Spiegel im Serum deutlich zurückgegangen (P < 0,05). Darüber hinaus zeigten Ratten während der chronischen Phase im Vergleich zur akuten Phase deutlich niedrigere Serum-Vitamin-D-Spiegel. Schließlich erhöhte die Verwendung des Medikaments STR-HCQ-SLN den Vitamin-D-Wert bei infizierten Ratten. CRP stieg in beiden Krankheitsstadien bei infizierten Ratten an (P = 0,001). Die Behandlung von Mäusen mit STR-HCQ-SLN, STR-SLN und freiem STR reduzierte die CRP-Spiegel während der Entzündungsphase infizierter Ratten (Abb. 5).

Serumspiegel von Vitamin D und CRP im akuten und chronischen Stadium der Brucellose.

Spurenelemente sind bekanntermaßen wichtige Bausteine ​​des Körpers und Regulatoren des Immunsystems, die direkt oder indirekt die Empfindlichkeit des Körpers gegenüber viralen und bakteriellen Infektionen regulieren können. Beispielsweise haben alle Immunzellen, einschließlich B-Zellen, T-Zellen, Neutrophile und Makrophagen, Vitamin-D-Rezeptoren auf ihrer Zelloberfläche. Wenn Makrophagen in Bakterienzellen LPS ausgesetzt werden, werden Gene exprimiert, die Vitamin D produzieren. Die Synthese von Cathelicidin, einem antimikrobiellen Peptid, wird durch die Steigerung der Vitamin-D-Produktion initiiert. Das produzierte Cathelicidin unterstützt das Immunsystem des Wirts bei der Beseitigung des fremden Krankheitserregers. Darüber hinaus benötigen viele Enzyme und Hormone für ihre Funktion Spurenelemente. Studien haben gezeigt, dass kleine Veränderungen im Serumspiegel von Spurenelementen die Immunzellen des Wirts negativ beeinflussen können. Das Immunsystem ist nicht in der Lage, Mikroorganismen zu bekämpfen, da die körpereigenen Spurenelemente gegen Infektionserreger aufgrund von Schwankungen der Serumkonzentration geschwächt sind.

Die Leber ist eines der lebenswichtigen Organe des Wirtskörpers, das von Brucellose betroffen sein kann. Brucella-Bakterienzellen werden von Lebermakrophagen phagozytiert und die intrazelluläre Aktivität der Bakterien führt zum Absterben von Leberzellen und zur Freisetzung von Leberenzymen. Darüber hinaus haben das intrazelluläre Wachstum von Brucella und die sauren Bedingungen in den Phagosomen von Makrophagen es dem Infektionserreger ermöglicht, der Wirkung extrazellulärer Antibiotika zu entgehen und monatelang in den Makrophagen verborgen zu bleiben. Andererseits tragen Nano-Arzneimittelabgabesysteme dazu bei, dass antibakterielle Wirkstoffe länger in Makrophagen eindringen, indem sie Arzneimittel langsam und kontinuierlich gezielt an den Zielorten freisetzen.

In dieser Studie wurden mit B. abortus infizierte Ratten in verschiedenen Gruppen (akute und chronische Stadien der Krankheit) mit freien Medikamenten und Nano-Träger-Medikamenten behandelt. Außerdem wurden die Serumspiegel von Mineralien, Leber- und Nierenenzymen, Vitamin D und CRP gemessen.

In unserer Studie wurde eine wiederholbare, kostengünstige und einfache Methode namens Doppelemulsion zur Planung von Nanopartikeln verwendet, die natürliche Lösungsmittel und eine begrenzte Menge an Tensid erfordert. Hydrophile Medikamente wie STR und HCQ können mithilfe einer Doppelemulsion eingekapselt werden.

Die vorbereiteten STR-HCQ-SLN-Nanopartikel haben einen Durchmesser von (26 ± 312,5), was eine angemessene Größe für die Absorption phagozytischer Zellen darstellt. Die Studie ergab, dass die Größe von Nanopartikeln mit zunehmender Zeit der Ultraschallsonde abnimmt, was mit den Erkenntnissen von Liu et al. übereinstimmt. [27]. Darüber hinaus zeigte die vorliegende Studie, dass die Medikamentenbeladung die Größe des STR-HCQ-SLN im Vergleich zum freien Medikament erhöhte. Auch nach der Lyophilisierung nahm die Größe der Nanopartikel zu, was mit den Erkenntnissen von Chantaburanan et al. übereinstimmt. studieren16. Severino et al. verwendeten eine Hochdruckhomogenisierungsmethode, um Nanopartikel mit einem Durchmesser von 439,5 nm zu erzeugen [28]. Wenn der PDI-Wert gegen Null geht, werden die Partikel homogener. Der Faktor, der die Stabilität von Nanomedikamenten als Behandlung erhöht, ist das hohe Zeta-Potenzial. Die Stabilität von Nanoarzneimitteln wird durch das Zetapotential beeinflusst, eine entscheidende physikalisch-chemische Eigenschaft (18). In der vorliegenden Studie hatten die Nanopartikel eine elektrische Ladung von −15,2 mV. Dieser Befund zeigt eine geringere Toxizität und eine hohe Einkapselungsausbeute ohne Verwendung organischer Lösungsmittel.

Im Jahr 2022 haben Elbehiry et al. untersuchten die Wirkung von Silber- und Goldnanopartikeln auf Brucella mellitenensis- und Brucella abortus-Stämme. Mithilfe der MIC-Methode fanden sie heraus, dass Silber und Gold eine hemmende Wirkung auf das Wachstum der genannten Bakterienstämme haben können. In der aktuellen Studie wurde die Wirksamkeit von Nanopartikeln mit dem freien Medikament verglichen, während Elbehiry et al. hat diese Untersuchung nicht durchgeführt und es wurden nur Nanopartikel untersucht. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass Elbehiry und seine Kollegen durch die Untersuchung der Histopathologie von Gold- und Silbernanopartikeln herausgefunden haben, dass die Verwendung von 2 mg davon eine toxische Wirkung auf das Gewebe von Labortieren (Ratten) hatte, was im Widerspruch zu den vorliegenden Erkenntnissen steht studieren5.

Den Ergebnissen der Studie zufolge zeigten verschiedene Gruppen einen Anstieg der Leberenzymwerte sowohl im akuten als auch im chronischen Stadium der Erkrankung. Im Vergleich zu gesunden Mäusen, deren Serumspiegel 105 U/L betrug, betrug der AST-Wert in der akuten Phase in dieser Studie 173 U/L in der Positivkontrollgruppe und 115 U/L in der STR-HCQ-SLN-Gruppe. Dieser Artikel zeigt die gute Wirkung von STR-HCQ-SLN auf die Erhöhung des AST-Serumspiegels auf den Normalbereich.

Im akuten Stadium der Erkrankung stiegen die AST-, ALP- und TBil-Serumspiegel der positiven Gruppe im Vergleich zur gesunden Gruppe um 10,5, 271 bzw. 346 Prozent. Dieser Anstieg war auch während der chronischen Phase der Brucellose erkennbar (P < 0,05). Tabelle 2 zeigt, dass die mit STR-SLN behandelte Gruppe im Vergleich zur Positivkontrolle signifikant verringerte Serumspiegel an Spurenelementen aufwies (P < 0,05), der Behandlungseffekt der Senkung der Leberenzyme und des Gesamtbilirubins jedoch am höchsten in der Gruppe war, die STR-HCQ verwendete. SLN (p < 0,001). Ähnlich wie die Ergebnisse von Bozukluhan und Kollegen zeigen unsere Ergebnisse einen Anstieg von AST und ALT um 42 bzw. 61 % nach einer Infektion [24].

Singa et al. infiziertes Vieh mit Brucellosestämmen. Die ALT- und AST-Werte stiegen im Einklang mit den Ergebnissen dieser Studie um 20 bzw. 15 % [25]. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Leberenzymwerte sowohl in der akuten als auch in der chronischen Phase der Brucellose ansteigen, wie in anderen Artikeln berichtet10,16. Fasst man die Ergebnisse dieser Studie und anderer damit zusammenhängender Artikel zusammen, kann man schlussfolgern, dass die Messung der Leberenzymwerte ein geeigneter Marker für die Diagnose von Brucellose sein könnte. Die Tatsache, dass die Enzymwerte in der chronischen Phase schneller absinken als in der akuten Phase, deutet darauf hin, dass die Behandlung der Brucellose länger dauert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass HCQ die Effizienz und Wirksamkeit von STR gegen Brucella steigern und dadurch den Heilungsprozess beschleunigen kann. Spurenelemente spielen eine wichtige Rolle beim Schutz des Körpers vor vielen Infektionskrankheiten [29].

In dieser Studie sanken die Serumzinkspiegel in der akuten und chronischen Phase der Brucellose um etwa 90 % und stiegen nach der Behandlung mit Free STR, Free STR-HCQ, STR-SLN und STR-HCQ-SLN an. Im Allgemeinen gab es keinen erkennbaren Unterschied im Spurenelementgehalt zwischen der Kontrollgruppe und mit Brucellose infizierten Ratten, die mit freiem HCQ oder HCQ-SLN behandelt wurden. Tatsächlich induzieren die von Leukozyten und Phagozyten freigesetzten Interleukine einen aktiven Transport von Zink vom Blut zur Leber, wodurch der Serumspiegel von Zink (Zn) bei Infektionskrankheiten sinkt [30]. Darüber hinaus verzeichnete die Gruppe, die STR-HCQ-SLN erhielt, den größten Anstieg des Serumnatriumspiegels. Auch nach der Infektion von Ratten mit Brucella sank der Kaliumspiegel im Serum deutlich. Nach mehreren experimentellen Tests zeigte STR-HCQ-SLN im Vergleich zur positiven Gruppe die beste therapeutische Wirkung. Im Vergleich zu gesunden Gruppen gab es weder bei akuten noch bei chronischen Erkrankungen signifikante Veränderungen im Serumkupferspiegel (P > 0,05).

Im Vergleich zur Gruppe gesunder Ratten ergaben unsere Untersuchungen, dass der Serum-Fe-Spiegel sowohl im akuten als auch im chronischen Stadium der Krankheit signifikant abnahm, während im chronischen Stadium der Serum-Fe-Spiegel nach der Behandlung mit STR-HCQ signifikant anstieg. SLN. Darüber hinaus haben Bozukluhan et al. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen dieser Studie hatten Kühe mit Brucellose einen um 50 % niedrigeren Fe-Serumspiegel als gesunde Gruppen [24]. Es ist zu beachten, dass niedrige Fe-Werte zu Leberschäden und Funktionsstörungen sowie zu einer erhöhten Fe-Aufnahme durch Bakterien führen [29]. Es gab keinen bemerkenswerten Unterschied in den Serumspiegeln von Ca und Ph in verschiedenen Gruppen sowohl im akuten als auch im chronischen Stadium.

Diese Studie ergab, dass gesunde Ratten im akuten und chronischen Stadium der Krankheit höhere Vitamin-D-Spiegel im Serum aufwiesen als Ratten. Eine umfassende Untersuchung der Auswirkungen von Rifampin-tragenden Nanopartikeln auf den Vitamin-D-Serumspiegel bei Brucellose wurde 2019 von Arabestani und Kollegen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Serum-Vitamin-D-Spiegel bei mit Brucella infizierten Ratten stark abnahm und nach der Behandlung wieder anstieg16. Ähnliche Ergebnisse lieferte die Studie von Beltran et al., die zeigte, dass der Vitamin-D-Spiegel im Serum bei Patienten mit Brucellose um 9,6 ng niedriger war als bei gesunden Personen. [26]. Der Vitamin-D-Spiegel im Serum von Tuberkulosepatienten und gesunden Probanden wurde in einer anderen Studie gemessen und verglichen, die mit unserer übereinstimmt. Den Ergebnissen zufolge lag der Serum-Vitamin-D-Spiegel der Patientengruppe bei 15 ng/dl und damit deutlich unter dem Bereich von 17 ng/dl für gesunde Menschen in der Kontrollgruppe [27]. Eine weitere Studie von Atai et al. Im Jahr 2016 wurden die Serum-Vitamin-D-Spiegel bei Menschen mit Hepatitis C untersucht. In dieser Untersuchung betrug der Serum-Vitamin-D-Spiegel bei gesunden Personen 29,6 ng/dl, was höher ist als der Vitamin-D-Spiegel bei HCV-positiven Patienten mit einem Bereich von 26,23 ng/dl [28].

Einige Patienten mit chronischer Leberzirrhose haben keinen ausreichenden Vitamin-D-Spiegel im Serum [26]. In unserer Studie zeigte eine Gruppe von Patienten nach der Behandlung mit STR-HCQ-SLN während der akuten und chronischen Phase der Krankheit einen signifikanten Anstieg des Vitamin-D-Spiegels im Serum. STR-HCQ-SLN kann eine überlegene therapeutische Wirksamkeit bieten. Im Vergleich zu den gesunden Mäusen in der Kontrollgruppe stieg der CRP-Spiegel in der Positivkontrollgruppe sowohl im akuten als auch im chronischen Stadium der aktuellen Studie an. Der Serum-CRP-Spiegel wurde vor und nach der Brucellosebehandlung bewertet [31]. Nach den Ergebnissen der Untersuchung des CRP-Serumspiegels bei akuter Brucellose durch Demirdag et al. sinkt der Serumspiegel signifikant von 52,4 mg/Liter während der akuten Phase der Erkrankung auf 11 mg/Liter nach der Behandlung [32].

Sowohl im akuten als auch im chronischen Stadium der Brucellose zeigt die vorliegende Studie, dass die gleichzeitige Verwendung von STR-Nanopartikeln und HCQ als Behandlung wirksamer sein kann. Durch die Messung und den Vergleich der Serumspiegel biochemischer Parameter und Spurenelemente bei gesunden und kranken Mäusen wird vorgeschlagen, diese Parameter zusammen mit anderen Diagnosemethoden wie Kultur- und serologischen Tests zur Diagnose und Überwachung der Behandlung von Brucellose zu verwenden.

Die in der Studie vorgestellten Originalbeiträge sind im Artikel/Ergänzungsmaterial enthalten; Rückfragen können an den entsprechenden Autor gerichtet werden.

Succinat-Dehydrogenase

C-reaktives Protein

IV-Sekretionssysteme

Feste Lipid-Nanopartikel

Streptomycin

Hydroxychloroquin

Hochleistungsflüssigkeitschromatographie

Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie

Elektronisches Feldemissions-Rastermikroskop

Dynamische Lichtstreuung

Natriumborhydrid

Doppelt destilliertes Wasser

Thioglykolsäure

Cadmiumtellurid-Quantenpunkt

Polydispersitätsindex

Dynamische Differenzkalorimetrie

Aspartataminotransferase

Alanin-Transaminase

Gesamt-Bilirubin

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Die Autoren danken dem Vizekanzler der Hamadan University of Medical Sciences für die Finanzierung und Unterstützung der Studie.

Diese Studie wurde von der Hamadan University of Medical Sciences unterstützt (Projekt Nr. 1401120910665).

Forschungszentrum für Infektionskrankheiten, Medizinische Universität Hamadan, Hamadan, Iran

Narjes Morovati Moez, Seyed Mostafa Hosseini, Leili Shokoohizadeh und Mohammad Reza Arabestani

Abteilung für Mikrobiologie, Medizinische Fakultät, Medizinische Fakultät, Medizinische Universität Hamadan, Hamadan, Iran

Narjes Morovati Moez, Seyed Mostafa Hosseini, Leili Shokoohizadeh und Mohammad Reza Arabestani

Abteilung für Anatomische Wissenschaften, Medizinische Fakultät, Medizinische Universität Hamadan, Hamadan, Iran

Fereshte Kalhori

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SMH und LS haben die Studie entworfen. NM und MRA trugen zu den experimentellen Studien bei und verfassten die Arbeit. SMH, LS und NM trugen zur Zellkultur bei. MRA, FK führten die Analyse der Daten durch und verfassten die Arbeit. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Leili Shokoohizadeh oder Mohammad Reza Arabestani.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Moez, NM, Hosseini, SM, Kalhori, F. et al. Gemeinsame Abgabe von Streptomycin und Hydroxychloroquin durch markierte feste Lipid-Nanopartikel zur Behandlung von Brucellose: eine Tierstudie. Sci Rep 13, 14012 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41150-0

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Eingegangen: 05. Juli 2023

Angenommen: 22. August 2023

Veröffentlicht: 28. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-41150-0

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