Ανάπτυξη και Χαρακτηρισμός Νανοπορώδων Βιοϋλικών για Ιατρικά Εμφυτεύματα
Creators: name: Βαβουλίδης, Ελευθέριος Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Νανοπορώδη Βιοϋλικά
Βιοαποικοδομήσιμα Πολυμερή
Πλατφόρμες Φαρμακευτικής Αποδέσμευσης
Nanoporous Biomaterials
Biodegradable Polymers
Drug-Eluting Platforms

description: Σήμερα, μία μεγάλη ποικιλία πολυμερών μπορεί να χρησιμοποιηθεί στους τομείς της Νανοτεχνολογίας και της Νανοϊατρικής. Πρωτοποριακά βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή σχηματίζουν μήτρες που καλύπτουν τα ιατρικά εμφυτεύματα πριν την τοποθέτηση τους στους ασθενείς. Αυτές οι πολυμερικές μήτρες μπορούν να φορτωθούν με διάφορες φαρμακευτικές ουσίες, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιηθούν ως συστήματα μεταφοράς τους. Πιο συγκεκριμένα, αυτές οι μήτρες σταδιακά αποικοδομούνται στο εσωτερικό του οργανισμού-ξενιστή απελευθερώνοντας συγκεκριμένη ποσότητα φαρμάκου με ελεγχόμενο τρόπο. Τέτοιες δομές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επικαλύψεις σε καρδιαγγειακά stents και λοιπά ιατρικά εμφυτεύματα με σκοπό να εμποδίσουν την δημιουργία θρόμβου και να αποκαταστήσουν την φυσιολογία του παρακείμενου ιστού γρηγορότερα ενώ ταυτόχρονα να ελαχιστοποιούν πιθανές ανεπιθύμητες αντιδράσεις, όπως η φλεγμονή που προκαλείται από το ανοσοποιητικό σύστημα του ξενιστή. Έτσι, η μεταφορά μεγάλης ποσότητας φαρμάκου και η απελευθέρωση του με ελεγχόμενο τρόπο αποτελεί τον βασικό στόχο αυτής της διπλωματικής εργασίας αποσκοπώντας σε μελλοντικές κλινικές εφαρμογές. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής, αναπτύχθηκε μία πειραματική διαδικασία για την σύνθεση πολυστρωματικών υμενίων από τα βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή: Poly (DL-lactide-co-glycolide) (PLGA) και Polycaprolactone (PCL), με την χρήση της τεχνικής του spin-coating. Στις πολυμερικές μήτρες ενσωματώθηκε ένα αντι-αιμοπεταλιακό φάρμακο, η διπυριδαμόλη, με σκοπό να εμποδιστεί η διαδικασία της δημιουργίας θρόμβου. Η Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων (AFM), που ήταν το κύριο εργαλείο χαρακτηρισμού, και η Φασματοσκοπική Ελλειψομετρία (SE) χρησιμοποιήθηκαν για τον δομικό και οπτικό χαρακτηρισμό των παραπάνω συστημάτων. Τέλος, με την βοήθεια της Φασματοφωτομετρίας, κατέστη εφικτή η μελέτη της συμπεριφοράς και του ρυθμού φαρμακευτικής αποδέσμευσης των παραπάνω συστημάτων σε χρονική διάρκεια 3 εβδομάδων. Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής έδειξαν πως τα μονοστρωματικά υμένια από PLGA είναι ατομικά λεία, ενώ σφαιρουλίτες σχηματίζονται στα υμένια από PCL. Επιπρόσθετα, αποδείχθηκε όχι μόνο ότι τα πολυστρωματικά πολυμερικά υμένια παρουσίαζαν υψηλή πυκνότητα πόρων άλλα και ότι η διαδικασία σχηματισμού των πόρων μπορούσε να ελεγχθεί με κατάλληλη προσαρμογή των πειραματικών συνθηκών. Οι μελέτες προσκόλλησης αιμοπεταλίων με την χρήση του AFM κατέδειξαν την αντι-αιμοπεταλιακή αποτελεσματικότητα των πολυμερικών υμενίων που περιείχαν διπυριδαμόλη, καθώς εμπόδισαν την συσσωμάτωση των αιμοπεταλίων, σε σύγκριση με τις μήτρες που δεν περιείχαν φάρμακο, προϋπόθεση απαραίτητη για τα καρδιαγγειακά και λοιπά ιατρικά εμφυτεύματα. Οι μελέτες φαρμακευτικής αποδέσμευσης έδειξαν ότι τα υμένια αυτά χαρακτηρίζονται από ένα προφίλ τριών διακριτών φάσεων όσον αφορά την απελευθέρωση της διπυριδαμόλης που περιέχουν. Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής υποδεικνύουν την ενδεχόμενη χρήση της παραπάνω συντιθέμενης δομής ως πλατφόρμα μεταφοράς και ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμάκου με την μορφή επικαλύψεων σε ιατρικά εμφυτεύματα.
description: Nowadays, a wide range of polymers can be applied in the fields of Nanotechnology and Nanomedicine. Novel biodegradable polymers are able to form matrices that cover implants before their insertion into the patients. These matrices can be loaded with various drugs and as an outcome they may act as potential drug delivery systems. In particular, such polymeric constructs gradually degrade inside the host organism releasing specific amount of drug in a controllable way. These drug eluting polymeric matrices can be used as coatings for cardiovascular stents and medical implants, in order to inhibit thrombosis and to restore the natural tissue healing faster while at the same time minimizing possible harmful reactions, such as inflammation, caused by immune system responses of the host. Hence, high drug delivery capacity, release of drugs in a controllable manner is the main challenges to be addressed in this study aiming to future clinical applications. Herein, we developed an experimental procedure to fabricate biodegradable polymeric coatings in a multi-layer configuration, made of Poly (DL-lactide-co-glycolide) (PLGA) and Polycaprolactone (PCL) by spin coating technique. The matrices were loaded with an antiplatelet drug, dypiridamole, to inhibit clotting. Atomic Force Microscopy (AFM) that was the main characterization tool and Spectroscopic Ellipsometry were implemented for surface and optical characterization of the systems. Finally, Spectrophotometry was used in order to study the behavior and the drug release rate of the above systems during a period of 3 weeks. The study demonstrated that the single layers of PLGA are atomically smooth, and spherulites are formed in PCL films. In addition, it was revealed that not only high nanoporosity was evident in the novel, multi-layer coatings, but also it was controllable by tuning the growth parameters. Platelet adhesion studies based on AFM observations indicate the anti-platelet effectiveness of the dypiridamole-loaded matrices, which inhibit platelets tendency to aggregate, versus non-drug loaded ones, which is essential for cardiovascular and other medical implants. The drug release studies show that the dipyridamole-loaded films are characterized by a triphasic elution profile. These findings indicate the potential application of the above construct as platforms for drug delivery and controlled drug elution with the form of coatings that cover medical implants.