Development of Metronidazole-loaded In situ Thermosensitive Hydrogel for Periodontitis Treatment

Periodontit Tedavisi için Metronidazol Yüklü Yerinde Termosensitif Hidrojel Geliştirilmesi

Duy Toan PHAM,Premchirakorn PHEWCHAN,Kanchana NAVESIT,Athittaya CHOKAMONSIRIKUN,Thatawee KHEMWONG,Waree TIYABOONCHAI

Özet

Objectives: Periodontal treatment focuses on the thorough removal of specific periodontal pathogens, mainly anaerobic Gram-negative bacteria, by mechanical scaling and root planning. In case the periodontal abscess is detected after treatment, a high dose of antimicrobial agents is commonly applied via oral administration. However, this approach increases the risk of antibiotic resistance and systemic side effects and decreases efficacy. To overcome the aforementioned issues, this study focused on the development of thermosensitive hydrogel to deliver the antibiotic drug metronidazole (MTZ) directly and locally to the oral infection site. Materials and Methods: The thermosensitive hydrogels were prepared by blending 28% w/v Pluronic F127 with various concentrations of methylcellulose (MC) and silk fibroin (SF). The gel properties, such as sol-gel transition time, viscosity, and gel strength, were investigated. The drug dissolution profiles, together with their theoretical models and gel dissolution characteristics, were also determined. Results: All hydrogel formulations exhibited sol-gel transitions at 37°C within 1 min. An increase in MC content proportionally increased the viscosity but decreased the gel strength of the hydrogel. By contrast, the SF content did not significantly affect the viscosity but increased the gel strength of the hydrogel. The thermosensitive hydrogels also showed prolonged MTZ release characteristics for 10 days in phosphate-buffered saline (PBS) at pH 6.6, which followed the Higuchi diffusion model. Moreover, MTZ-thermosensitive hydrogel exhibited delayed dissolution in PBS at 37°C for more than 9 days. Conclusion: MTZ-thermosensitive hydrogels could be considered a prospective local oral drug delivery system to achieve efficient sustained release and improve the drug pharmacological properties in periodontitis treatment.

Abstract

Amaç: Periodontal tedavi, özellikle anaerobik Gram-negatif bakteriler olmak üzere spesifik periodontal patojenlerin mekanik ölçekleme ve kök planlaması ile tamamen ortadan kaldırılmasına odaklanmaktadır. Tedaviden sonra periodontal apse saptanması durumunda, oral yoldan yüksek dozda antimikrobiyal ajanlar yaygın olarak uygulanır. Ancak, bu yaklaşım antibiyotik direnci ve sistemik yan etki riskini artırmakta ve etkinliği azaltmaktadır. Bu çalışma, bahsedilen bu sorunların üstesinden gelmek için antibiyotik ilaç metronidazolün (MTZ) doğrudan ve lokal olarak oral enfeksiyon bölgesine verilmesi için ısıya duyarlı hidrojel geliştirilmesine odaklanmıştır. Gereç ve Yöntemler: Isıya duyarlı hidrojeller, %28 a/h Pluronic F127’nin çeşitli konsantrasyonlarda metilselüloz (MC) ve ipek fibroin (SF) ile karıştırılmasıyla hazırlanmıştır. Sol-jel geçiş süresi, viskozite ve jel kuvveti gibi jel özellikleri araştırılmıştır. Teorik modelleri ve jel çözünme özellikleri ile birlikte ilaç çözünme profilleri de belirlenmiştir. Bulgular: Tüm hidrojel formülasyonları, 1 dakika içinde 37°C’de sol-jel geçişleri sergilemiştir. MC içeriğindeki bir artış, orantılı olarak viskoziteyi artırmış, ancak hidrojelin jel gücünü azaltmıştır. Sonuç: MTZ-ısıya duyarlı hidrojeller, periodontit tedavisinde verimli sürekli salım sağlamak ve ilaç farmakolojik özelliklerini geliştirmek için olası bir yerel oral ilaç dağıtım sistemi olarak düşünülebilir.