Ανάπτυξη Νανοπλατφόρμων από Πολυμερικά Ικριώματα Φορτωμένα με Φάρμακα για Ορθοπεδικές Εφαρμογές
Creators: name: Τσιάπλα, Αικατερίνη-Ραφαηλία Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Νανοϊνώδη Ικριώματα
Ηλεκτροστατική Ινοποίηση
Ορθοπεδικά Εμφυτεύματα
Nanofibrous Scaffolds
Electrospinning
Orthopaedic Implants

description: Τα τελευταία χρόνια αυξήθηκε σημαντικά ο αριθμός των ασθενών που χρειαζόταν κάποια χειρουργική επέμβαση για ολική αρθροπλαστική ισχίου και αυτό γιατί όταν ένας αρθρικός χόνδρος καταστρέφεται δεν μπορεί να αναγεννηθεί όπως άλλοι ιστοί. Μετά όμως από μια τέτοια επέμβαση υπάρχει συχνά ο κίνδυνος απόρριψης του μοσχεύματος από τον οργανισμό που μπορεί να οφείλεται είτε σε κάποιο εγγενές ελάττωμα της συσκευής είτε στην εμφάνιση λοιμώξεων που όπως είναι γνωστό αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα κλινικά προβλήματα τα οποία καλείται να λύσει η νανοτεχνολογία. Πολυμερικά ικριώματα τα οποία λειτουργούν ως υποστρώματα για την ανάπτυξη, διαφοροποίηση και πολλαπλασιασμό των κυττάρων χρησιμοποιούνται και συχνά μεταφέρουν κάποιο φάρμακο με σκοπό να εξαλείψουν ή να μειώσουν αρκετά τον κίνδυνο αυτό. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρασκευάστηκαν έξι νανοπλατφόρμες από βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή τα οποία λειτουργούσαν ως φορείς για ελεγχόμενη απελευθέρωση φαρμάκου με τη μέθοδο της Ηλεκτροστατικής Ινοποίησης. Πιο συγκεκριμένα, σε πρώτο στάδιο δημιουργήθηκαν πολυμερικά νανο-ινώδη ικριώματα από πολυκαπρολακτόνη και στη συνέχεια αντίστοιχα ικριώματα με τη μόνη διαφορά ότι ήταν φορτωμένα με κάποιο φάρμακο. Σε αυτήν την περίπτωση χρησιμοποιήθηκε η βανκομυκίνη η οποία συμβάλει στην πρόληψη και τη θεραπεία των ορθοπεδικών λοιμώξεων. Σε επόμενο στάδιο δημιουργήθηκαν πολυμερικά νανο-ινώδη ικριώματα από οξική κυτταρίνη καθώς και ικριώματα οξικής κυτταρίνης στα οποία ενσωματώθηκε η δεξαμεθαζόνη, ένα φάρμακο το οποίο χρησιμοποιείται σε οξείες και χρόνιες φλεγμονώδεις παθήσεις των αρθρώσεων, αλλά και μετά από μία χειρουργική επέμβαση. Στο τελευταίο στάδιο, τα δύο αυτά συστήματα αφού μελετήθηκαν και χαρακτηρίστηκαν ξεχωριστά, τοποθετήθηκαν σε ένα καινοτόμο σύστημα διπλής σύριγγας στην Ηλεκτροστατική Ινοποίηση για διπλή μεταφορά των φαρμάκων που αναφέρθηκαν παραπάνω. Ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των εν λόγω καινοτόμων ικριωμάτων ως προς το μέγεθος των ινών, την τοπογραφία και τη μορφολογία τους με SEM , AFM και Οπτικό Μικροσκόπιο. Ακόμη, προκειμένου να προσδιοριστεί η υδροφοβική ή η υδροφιλική συμπεριφορά όλων των ικριωμάτων, πραγματοποιήθηκε μέτρηση γωνιών επαφής. Μελέτες αποικοδόμησης καθώς και κινητικής απελευθέρωσης έλαβαν χώρα προκειμένου να παρατηρηθούν οι μεταβολές στο βάρος των πολυμερικών αυτών δομών καθώς και το πώς αποδεσμεύεται το φάρμακο με την πάροδο των ημερών. Τέλος, μελέτες κυτταροτοξικότητας διεξήχθησαν προκειμένου να εξεταστούν τα επίπεδα κυτταροσυμβατότητας όλων των ικριωμάτων με τη χρήση μιας πρότυπης αθανατοποιημένης σειράς ινοβλαστών L929. Τόσο με την Βιοχημική Μέθοδο Εκτίμησης Κυτταροτοξικότητας (ΜΤΤ) όσο και με τη χρώση μπλε του μεθυλενίου και τη μετέπειτα μελέτη τους μέσω SEM, όλα τα ικριώματα αποδείχτηκαν ότι είναι κυτταροσυμβατά εφόσον ο πολλαπλασιασμός των κυττάρων ήδη από την 3η κιόλας μέρα φαινόταν ιδιαίτερα πιο έντονος. Συμπεραίνεται λοιπόν, πως τα καινοτόμα ικριώματα με τα δύο πολυμερή και τα δύο φάρμακα αποτελούν ένα βιολειτουργικό μικροπεριβάλλον το οποίο μιμείται την Εξωκυττάρια μήτρα, προάγει την προσκόλληση και τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων και είναι κατάλληλα για την αναγέννηση των ιστών, ενώ ταυτόχρονα αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την πρόληψη και τη θεραπεία λοιμώξεων μετά από εμφύτευση ενός ορθοπεδικού εμφυτεύματος
description: In recent years the number of patients in need of such a surgery for total hip replacement rose rapidly and the reason for this is that once an articular cartilage is damaged it cannot be regenerated, as other tissues do. The most common post-surgery risk is infection which can lead to implant failure. Therefore nanotechnology is there to solve this problem. Thus, polymeric scaffolds that act as substrates for the growth, differentiation and proliferation of cells are used and they often carry a drug in order to eliminate or reduce this risk. In this work, six nanoplatforms consisted of biodegradable polymers, which function as carriers for controlled drug release, were prepared via the Electrospinning process. More specifically, the fabrication of polymeric nano-fibrous scaffolds of polycaprolactone (PCL) took place in the first stage of this study and then PCL scaffolds loaded with drug were created. In this case vancomycin was used as drug, which contributes to the prevention and treatment of orthopedic infections. In the next stage Cellulose Acetate (CA) nanofibers and CA scaffolds in which dexamethasone drug was incorporated, were created. Dexamethasone is a drug that is not only used in both acute and chronic inflammatory diseases of the joints but also and an implant surgery. The last stage of the present study was the fabrication of a combined scaffold consisted of PCL and CA polymers via a novel method of dual syringe Electrospinning system. First of all it was a drug-free dual system and then a drug loaded one. The same procedure, which took place for each syringe individually, was followed for the dual syringe system. More specifically, the drug delivery nanoplatform system was consisted of polymeric PCL scaffolds loaded with vancomycin drug and CA scaffolds loaded with dexamethasone drug. The characterization of these novel scaffolds took place in order to estimate their average fiber diameter, the topography and the morphology by using SEM, AFM and Optical Microscopy. Furthermore, contact angles measurements were performed in order to determine whether the scaffolds are hydrophobic or hydrophilic. Degradation studies of biological scaffolds were held in order to measure the changes in the weight of these polymeric structures and Drug release kinetics also took place, in order to see how the drug is being released along with time. In the final stages, cytotoxicity studies were conducted in order to examine the cell compatibility levels of all scaffolds by using a standard immortalized fibroblast L929. MTT assay, methylene blue staining and the subsequent study of the cells via SEM have proved that all the scaffolds were cytocompatible, as cell proliferation was more intense since the 3rd day. Ιt is concluded that the novel polymeric scaffolds consisted of both polymers and both drugs appear to be a bio-functional microenvironment that imitates the extracellular matrix and promotes cell attachment and proliferation. Thus, they are suitable for tissue regeneration and at the same time they could be a very promising approach, not only to prevent but also to treat orthopaedic implant-associated infections