Gümüş nanopartiküllerle iyileştirilmiş antibakteriyel kemik çimentolarının hazırlanması ve karakterizasyonu

Abstract

Kemik çimentosu ortopedik implantların fiksasyonu için cerrahi tedavilerde sıklıkla kullanılmaktadır. Bu prosedürlerin geliştirdiği enfeksiyonlar ciddi bir sağlık sorunudur ve sağlık hizmeti sağlayıcıları için de ek bir masraftır. Bu problem halihazırda kullanılan antibiyotiklerin düşük etkinliğinden dolayı daha da derinleşmektedir. Bu nedenle ortopedide mikroorganizmalara karşı yeterli korumanın sağlanması amacıyla yeni yaklaşımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Sunulan çalışmada kemik bölgesinde oluşabilecek enfeksiyon riskini önlemeye yönelik olacak şekilde gümüş nanopartikül katkılı Polistiren(PS)-soya yağı graft kopolimerleri, kemik çimentosu içerisine emdirilmiş ve böylelikle yüksek antimikrobiyal aktiviteye sahip malzemeler hazırlanmıştır. Bu amaçla öncelikle, soya yağı ve gümüş nitrat otooksidasyona uğratılarak gümüş nanopartikül (AgNPs) enkapsüle edilmiş soya yağı elde edilerek (Agsbox), polisitiren (PS) ile kopolimerizasyonundan graft polimer (PS-Agsbox) elde edilmiş ve bu kopolimerlerden farklı boy-boy dağılımına sahip nanopartiküller hazırlanmıştır. Hazırlanan nanopartiküllerin boyut ve yüzey yükleri Zeta Sizer kullanılarak tayin edilmiştir. Morfolojik özelliklerini incelemek amacıyla SEM ve AFM görüntüleri alınmıştır. Çalışmada polimetil metakrilat (PMMA) ve kalsiyum fosfat bazlı (β-TCP) kemik çimentosu kullanılmıştır. Hazırlanan nanopartiküller karakterize edildikten sonra farklı oranlarda kemik çimentosunun içine karıştırılmıştır. Hazırlanan kemik çimentolarının mekanik özellikleri, ortalama gözenek boyutu ve porozitesi test edilmiştir. PS-Agsbox kopolimer bazlı nanopartikül içeren kemik çimentolarından AgNPs'in salımına bakılmış ve in-vitro ortamda antibakteriyel aktivitesi Escherichia coli, E. coli (Gram-negatif) and Staphylococcus aureus, S. aureus (Gram-pozitif) türleri kullanılarak test edilmiştir. Kemik çimentolarının in vitro biyouyumluluklarının değerlendirilmesi amacıyla PS-Agsbox kopolimer bazlı nanopartikül içeren kemik çimentolarının indirekt sitotoksisite testi osteoblast hücreleri (MC-3T3) kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Bone cement is widely used in surgical treatments for fixation of orthopedic implants. The infections, which are developed by these procedures are a major health risk for patients and an additionally cost for the health service providers. The problem was also aggravated because of losing efficacy of antibiotics. Therefore, novel approaches needed for efficient protection against to microorganisms. In the presented study, traditional bone cements were impregnated with silver nanoparticles (Ag NPs) embedded polystyrene (PS)-soybean oil copolymers based nanoparticles to eliminate the infection risks occurred in bone applications and thus, novel bone cements consist of a high antimicrobial activity was prepared. Firstly, soybean oil and silver nitrate were autoxidized, the soybean oil encapsulated AgNPs (Agsbox) was obtained and polymerization of styrene was carried out by oxidized soybean oil polymer with AgNPS, and NPS with different size distributions from PS-Agsbox graft copolymer was obtained. The size and surface charges of the synthesized NPs were tested using Zeta Sizer. SEM and AFM were used for the surface properties. In this study, PMMA and calcium phosphate based bone cements (β-TCP) were used and the prepared NPs were mixed with these bone cements. The mechanical properties, average pore size and porosity of the synthesized novel bone cements were investigated. The Ag+ release from PS-Agsbox based NPs and in-vitro antimicrobial activity against Escherichia coli, E. coli and Staphylococcus aureus, S. aureus were evaluated. In order to evaluate in-vitro biocompatibility of bone cements, PS-Agsbox based NPs were treated with mouse osteoblastic cell line (MC-3T3).