Titanyum implantlarına antibiyotik yüklenmesi ve biyoaktivitelerinin değerlendirilmesi
Antibiotic loading on titanium implants and evaluation of their bioactivities
- Tez No: 611137
- Danışmanlar: PROF. DR. FATMA YURT ONARAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Bazı omurga hastalıklarının tedavisi için cerrahi müdahale gerekir. Omurga implantları kullanılarak omurganın stabilitesi, iki omurun füzyonu ile sağlanabilir. Böylece omurilik güçlendirilir ve deformasyonlar düzeltilir. Titanyum ve alaşımları, uygun biyouyumluluk özellikleri, hafif ve dayanıklı olmaları ve osseointegrasyonu destekleyici kapasiteleri nedeniyle omurga implantları için en sık kullanılan malzemelerdir. Bununla birlikte, omurga implantlarının başarılı bir performansa sahip olması, implant bölgesinin çevresinde enfeksiyon bulunmamasına da bağlıdır. Bu durumun önlenmesi için, gentamisin sülfat, hem gram pozitif hem de gram negatif bakterilerdeki etkinliği sayesinde lokal tedavi için yaygın olarak kullanılan bir antibiyotiktir. Bu çalışmada, hücre büyümesini ve çoğalmasını arttırdığı bilinen biyouyumlu bir doğal polisakarit olan agaroz (Agr) ve agaroz ile çapraz bağ oluşturabilen doğal bir katekol olan tannik asit (TA) içeren bir hidrojel hazırlanarak titanyum disklerin üzerine kaplanmıştır. Agr'nin gentamisin sülfat (GS) ile yüklenmesiyle, Ti6Al4V yüzeylerinde antibakteriyel aktivite sağlanırken aynı zamanda osseointegrasyon hızını arttırıcı etki oluşturması hedeflenmiştir. 14 mm çapındaki kumlamalı Ti6Al4V diskler, temizlendikten sonra 2,5 M sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi ile yüzeylerinde hidroksil grupları oluşturulmuştur. Daha sonra, pH 8,7'de 10 mM Tris tamponu (2 mg/mL) içinde çözülmüş dopamin (DOPA) çözeltisinde 24 saat bekletilerek yüzeylere DOPA aşılaması yapılmıştır. GS yüklemesi için % 1 Agr'den oluşan sulu çözeltisine, saf suda çözülmüş % 0,1 TA, % 0,1 kalsiyum klorür (CaCl2) ve 1 mg/mL GS ilave edilmiştir. Bu karışım daha sonra Ti6Al4V-DOPA yüzeyi üzerine kaplanmış ve 2 saat boyunca UV ışık altında bekletilmiştir. Yüzey modifikasyonlarının etkinliği XPS analizleri, su temas açısı ölçümleri, profilometre analizleri ve hidrojel karakterizasyonu ise FTIR analizleri ile değerlendirilmiştir. Yüzeyin atomik konsantrasyonunu belirlemek için yapılan X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri, DOPA'nın yüzeye başarılı bir şekilde aşılandığını ve Agr'nin yüzeye kaplanmasının da başarılı olduğunu açıkça göstermektedir. Nitekim, Ti6Al4V disklere kıyasla karbon yüzdesi önemli ölçüde yükselmiştir. Aynı zamanda kaplanmış olan disklerde Ti elementine rastlanmamıştır. Ayrıca, GS yüklü Agr'nin Ti6Al4V-DOPA yüzeyine kaplanması, DOPA'dan kaynaklanan azot elementinin XPS analizi sonucunda yüzeyde görülmemesi ile kanıtlanmaktadır. Su temas açısı değerleri ve profilometre analizleri ile Ti6Al4V-DOPA ve Ti6Al4V-Agr'nin homojen olarak aşılanmış olduğunu ve FTIR analizleri ile GS'nin Ti6Al4V yüzeylerinde kaplanan Agr hidrojeline etkin bir şekilde yüklendiği kanıtlanmıştır. GS salımı fizyolojik koşullar altında 28 gün bekletilerek salınan miktar ELISA testi ile belirlenmiştir. 6. saatte ani salım ile gentamisinin büyük bir miktarı salınmıştır. Fakat TA içeren kaplamalarda 21. güne kadar S. aureus bakterileri üzerinde gentamisinin minimum inhibitör konsantrasyonu (MİK) değerinden daha yüksek miktarda salım devam etmiştir. Antibakteriyel testlerde kaplamaların antibakteriyel etkinliği 7. güne kadar test edilmiş ve GS yüklü kaplamaların S. aureus bakterileri üzerinde antibakteriyel etkisi kanıtlanmıştır. Hücre kültürü çalışmalarında farklı içeriklerde Agr ile kaplanmış disklerin biyoaktiviteleri değerlendirilmiştir. Saos-2 hücre hattı üzerinde yapılan indirekt testler sonucunda disklerin hücre canlılığını arttırıcı etki gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca aynı hücreler üzerinde direkt test yapılmış ve en yüksek miktarda canlı hücre sayısı, içeriğinde GS, TA, CaCl2 bulunan Agr kaplamalı disk yüzeyinde tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Surgical intervention is needed for the treatment of some spinal diseases. Using spinal implants, the fusion of two vertebrae can be facilitated, the stability of the spine is by this way ensured, thus the spinal cord strengthened and deformities corrected. Titanium and its alloys are the most widely used materials for spinal implants, due to their suitable properties of biocompatibility, strength-to-weight ratio, and their capacity to prone osseointegration. However, the successful performances of spinal implants also depend on the absence of infections near the implant site. To treat them, gentamicin sulphate (GS), is commonly used for local treatment thanks to its efficiency on both gram positive and gram negative bacteria. For that purpose, Ti6Al4V implant will be coated with a hydrogel based on agarose (Agr), a biocompatible natural polysaccharide, known to improve cell growth and tannic acid (TA), a natural catechol, able to induce crosslink. By loading this hydrogel with gentamicin, the Ti6Al4V surfaces are expected to promote osseointegration whilst presenting antibacterial activity. Sand blasted Ti6Al4V discs, 14 mm diameter, were cleaned before surface activation with 2.5 M NaOH solution. Then, they were let react overnight with dopamine solution (DOPA), dissolved in 10 mM Tris buffer (2 mg/mL) at pH 8.7. Thereafter, gentamicin loading was done as follow: 1 % Agr in water was added to an aqueous solution made of 0.1 % TA, 0.1 % CaCl2 and 1 mg/mL GS. This mixture was then coated on the Ti6Al4V-DOPA surface and let react under UV irradiation for 2h. The efficiency of surface modifications was assessed by X-ray photoelectron spectroscopy XPS analyses, contact angle (CA) measurements, profilometry analyses, and hydrogel characterization was done by FTIR. XPS analyses, allowing to determine the surface atomic concentration clearly exhibit the successful surface grafting of DOPA and Agr. Indeed, carbon percentage is significantly higher when compared to clean Ti6Al4V sample, whereas Ti is no more detected on coated ones. Further, the grafting of GS loaded Agr on Ti6Al4V-DOPA surface is evidenced by the lack of nitrogen from DOPA. Contact angle values also demonstrate the coating presence on surfaces. Profilometry analyses have shown that Ti6Al4V-DOPA and Ti6Al4V-Agr were homogeneously grafted and FTIR analyses have evidenced that GS was efficiency entrapped in the Agr hydrogel coated on Ti6Al4V surfaces. GS release was performed under pseudo-physiological conditions for 28 days and the amount quantified by using ELISA tests. At 6th h, a large amount of gentamicin was released by burst release. But the amount of GS that more than the MIC value of GS on S. aureus bacteria continued to release from TA-containing coatings until day 21. The antibacterial activity of the coatings in antibacterial tests was tested up to day 7 and the GS loaded coatings proved an antibacterial effect on S. aureus bacteria. Bioactivities of discs with Agr coated in different contents were evaluated in cell culture studies. As a result of indirect tests that were performed on Saos-2 cell line, it was determined that the discs showed proliferation effect on cells. In addition, direct testing was performed on the same cell line and the highest number of viable cells was detected on the surface of Agr coated discs containing GS, TA, CaCl2.
Benzer Tezler
- PEEK esaslı spinal implantların antibakteriyel özelliklerinin ve osteokondüktivitesinin nano yapılı kaplamalarla geliştirilmesi
Improvement of the antibacterial properties and osteoconductivity of PEEK based spinal implants by nano structured coatings
SERAP GÜMÜŞ
Doktora
Türkçe
2017
BiyoteknolojiKocaeli ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞEYDA POLAT
- Titanyum bazlı ortopedik implantların antibiyotik kaplanması ile ilgili deneysel çalışma
Experimental study on antibiotic coating of titanium based orthopedic implants
OĞUZHAN KORKMAZ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2023
Ortopedi ve Travmatolojiİstanbul Medipol ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN KARA
- Atrofik total dişsiz maksillada kullanılan titanyum ve peek materyalinden üretilmiş farklı subperiosteal implant tasırımlarının çevre dokulardaki biyomekanik etkilerinin sonlu elemanlar analizi kullanılarak incelenmesi
Investigation of the biomechanical effects of different subperiosteal implant designs made of titanium and peek materials used in atrophic total edentulous maxilla on the surrounding tissues using finite element analysis
TURGAY KASAP
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2024
Diş HekimliğiHacettepe ÜniversitesiAğız, Diş, Çene Hastalıkları ve Cerrahisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA YİĞİT SAYSEL
- Titanyum implantlara teikoplanın ve klindamisin kaplanmasının antimikrobiyal etkinliklerinin değerlendirilmesi ve karşılaştırılması (deneysel çalışma)
Evaluation and comparison of antimicrobial efficacy of teicoplanin and clindamycin coated titanium implants experimental study
SERKAN AYKUT
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2008
Ortopedi ve TravmatolojiSağlık BakanlığıOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜKSEL ÖZKAN
- Biyomalzeme olarak Ti-Cu alaşımlarının üretimi ve mekanik, morfolojik ve antibakteriyel özelliklerinin incelenmesi
Production of Ti-Cu alloys as biomaterials and investigation of their mechanical, morphological and antibacterial properties
LEYLA ÜZÜM
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyoteknolojiNecmettin Erbakan ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ERCİ
DR. AHMET BURÇİN BATIBAY