Controlled release of antibiotics from photopolymerized hydrogels: Kinetics and microbiological studies

The development of convenient synthetic methods and improved materials for the production of high load-capacity and biocompatible drug delivery systems is a challenging task with important implications in health sciences. In this work, acrylamide/2-hydroxyethylmethacrylate and N-isopropylacrylamide/2-hydroxyethylmethacrylate hydrogels were synthesized by photopolymerization using energy-efficient green-LEDs. A functionalized silsesquioxane was used as both crosslinker and co-initiator for the photopolymerization. The hybrid organic-inorganic nature of the silsesquioxane improved the resulting hydrogels´ properties increasing their swelling capacity and biocompatibility. Additionally, the mild conditions used during the photopolymerization allowed the synthesis of hydrogels in the presence of antibiotics yielding high load-capacity materials in which the drug preserves its molecular structure and antimicrobial activity (as confirmed by HPLC and microbiological assays). The materials were characterized by FTIR, DSC and SEM. Additionally, the kinetics of gels´ swelling and drug release were studied under physiological conditions (pH 7.4 and 37 °C). The results demonstrate how hydrogel composition affects the antibiotics-release kinetics. The final drug release percentage increased with increasing molar fraction of acrylamide or N-isopropylacrylamide and in most cases exceeded 85%. Finally, the antibacterial effect of loaded gels was characterized using a number of assays against Gram negative and Gram positive bacteria. The observed antibacterial effect correlated well with swelling and drug release results. Furthermore, gels are not toxic for isolated erythrocytes as demonstrated by haemolytic tests. Overall, our results indicate that the produced hydrogels are promising materials to develop controlled drug-delivery devices such as capsules, dermatological patches and others.

Fil: Gallastegui, Antonela. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina

Fil: Spesia, Mariana Belen. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; Argentina

Fil: Dell'Erba, Ignacio Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina

Fil: Chesta, Carlos Alberto. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina

Fil: Previtali, Carlos Mario. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina

Fil: Palacios, Rodrigo Emiliano. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina

Fil: Gomez, María Lorena. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados; Argentina