การพัฒนาวัสดุโครงร่างไฮโดรเจลสำหรับการปลดปล่อยยาเพื่อป้องกันภาวะกระดูกขากรรไกรตายในผู้ป่วยที่ใช้ยาบิสฟอสโฟเนต

Abstract

ยาโซเลโดรนิคเอซิดเป็นยาในกลุ่มบิสฟอสโฟเนตที่ถูกนำมาใช้รักษาโรคกระดูกที่เกี่ยวกับภาวะที่มีการสลายกระดูกโดยเซลล์สลายกระดูกมากผิดปกติ เช่น โรคกระดูกพรุน ในผู้ป่วยที่ได้รับยากลุ่มนี้อาจเกิดภาวะกระดูกขากรรไกรตายหลังจากที่มีการทำอันตรายกับกระดูกโดยยาโซเลโดรนิคเอซิดเป็นพิษและยับยั้งพัฒนาการและการทำงานของเซลล์สลายกระดูกและเซลล์สร้างกระดูก ทำให้เกิดกระดูกขากรรไกรตายและติดเชื้ือที่กระดูกตายนั้น ในปัจจุบันยังไม่มีวิธีการป้องกันการเกิดภาวะกระดูกขากรรไกรตายนี้ีได้ วัตถุประสงค์ในโครงการวิจัยนี้คือ พัฒนาโครงร่างไฮโดรเจลที่สามารถปลดปล่อยยาเจอรานิลเจอรานิออลหรือยาซิมวาสเตติน ร่วมกับยาคลินดามัยซิน ได้อย่างต่อเนื่องและควบคุมได้และศึกษาผลของโครงร่างไฮโดรเจลเหล่านี้ีต่อการต้านผลของยาโซเลโดรนิคเอซิด ตลอดจนฤทธิ์ิต้านเชื้ือแบคทีเรียในระดับห้องปฏิบัติการจากผลการศึกษาพบว่า ยาซิมวาสเตตินไม่ช่วยต้านความเป็นพิษต่อเซลล์ของยาโซเลโดรนิคเอซิด แต่พบว่ายาเจอรานิลเจอรานิออลสามารถต้านความเป็นพิษของยาโซเลโดรนิคเอซิดในเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์และเซลล์ RAW 264.7 ได้ที่น้อยที่สุดที่สามารถยับยั้งและฆ่าเชื้อแบคทีเรีย Streptococcus sanguinis (ATCC® 10556TM) ได้เท่ากับ 0.05 และ0.1µg/ml ตามลำดับ ผลการศึกษาของการพัฒนาโครงร่างไฮโดรเจลพบว่า โครงร่างไฮโดรเจลคาร์บอกซีเมธิลไคโตซานที่พัฒนาขึ้นชนิดต่าง ๆ ได้แก่ MSN-P200 CDM-CMCS-6 0 GGOH, MSN-P-200 CDM-CMCS-120 GGOH, (5MSN-P-240 CDM+1MSNNH2(DS20))-CMCS-60GGOH และ (5MSN-P-240CDM+1MSN-NH2(DS20))-CMCS-120GGOH สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรีย S. sanguinis ได้นาน 14 วัน และเซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์และเซลล์ RAW 264.7 ตอบสนองต่อโครงร่างไฮโดรเจลแต่ละชนิดแตกต่างกัน โดยสามารถต้านพิษยาโซเลโดรนิคเอซิดต่อความมีชีวิตของเซลล์ในสายเซลล์สร้างกระดูกและเซลล์ในสายเซลล์สลายกระดูกได้นานประมาณ 12-14 วัน โดยเซลล์ที่รอดชีวิตจากความเป็นพิษของยาโซเลโดรนิคเอซิดนี้ีสามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์สร้างกระดูก และเซลล์สลายกระดูกได้ในภาวะที่จะนำมาศึกษาเพิ่มเติมเพื่อนำไปศึกษาต่อในสัตว์ทดลองเพื่อประเมินศักยภาพของโครงร่างไฮโดรเจลชนิดนี้ในการปลดปล่อยยาเพื่อการป้องกนัการเกิดภาวะกระดูกขากรรไกรตายในผู้ป่วยที่ได้รับยาโซเลโดรนิคเอซิดต่อไป Zoledronic acid (ZA), a potent bisphosphonate (BP), has been used routinely to manage skeletal disorders associated with pathologic bone loss. The use of BP is possibly associated with BP-related osteonecrosis of the jaw (BRONJ) following bone injury by its cytotoxicity and inhibition of osteoclast and osteoblast differentiation and functions, thus causing osteonecrosis. Patients with BRONJ suffer from pain and infection of the exposed bone. Currently, prevention protocol has not yet been established. The present study was aimed to develop hydrogel scaffolds with sustained and controlled releases of geranylgeraniol or simvastain together with clindamycin to prevent ZA cytotoxicity and inhibition of cell differentiation with anti-bacterial activity in vitro. The experimental results showed that simvastatin was unable to reverse the cytotoxic effect of ZA, thus being excluded from the study. In contrast to simvastatin, ZA cytotoxicity to mesenchymal stem cells (MSCs) and RAW 264.7 cells was prevented by geranylgeraniol (GGOH) at 1 0-2 5 µM and 5 µM, respectively. Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericidal Concentration (MBC) of clindamycin for Streptococcus sanguinis (ATCC® 10556TM) were found to be 0.05 and 0.1 µg/ml, respectively. In addition, the hydrogel scaffolds consisting of carboxymethyl chitosan and two different types of mesoporous silica nanoparticles loaded with clindamycin and GGOH could sustainably release both drugs for 7-10 days. Particularly, the developed hydrogel scaffolds, namely MSN-P-200CDM-CMCS6 0GGOH, MSN-P-200CDM-CMCS-120GGOH, (5MSN-P-240CDM+1MSN-NH2(DS2 0))-CMCS6 0GGOH and (5MSN-P-240CDM+1MSN-NH2(DS2 0) )-CMCS-120GGOH, effectively inhibited the growth of S. sanguinis for 14 days. MSCs and RAW 264.7 cells differentially responded to these hydrogel scaffolds, but all of them rescued the cells from the cytotoxic effect of ZA for approximately 12-14 days. The rescued cells were able to undergo normal differentiation under ZA-free condition. The most promising controlled drug releasing hydrogel scaffold appeared to be (5MSN-P-240CDM+1MSN-NH2(DS20))-CMCS-60GGOH, which, however, requires further studies and development before testing it in a suitable animal model of BRONJ. The success of the future animal project will undoubtedly lead to the use of such a drug releasing hydrogel scaffold in prevention of BRONJ in patients.