Antimikrobiyal polimerik kompozit malzemelerin tasarlanması
Design of antimicrobial polymeric composite materials
Yazar: TUĞÇE ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. NESLİHAN İDİL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Son yıllarda patojen mikroorganizmaların antibiyotik direnci geliştirmesi nedeniyle, farklı antimikrobiyal ajan ve dezenfektanların kullanımına yönelim görülmektedir. Antimikrobiyal polimerler içerisinde kriyojeller, süpermakrogözenekli yapıları ve çeşitli monomerlerle hazırlanabilmeleri sayesinde farklı çalışma alanlarında kullanılabilmektedirler. Bunun yanı sıra, boronik asit, literatürde rapor edilen çalışmalarda antimikrobiyal özelliği ile oldukça dikkat çekmekte olup, patojen mikroorganizmalar üzerinde etkili bir antimikrobiyal ajan olarak gösterilmektedir. Nanoteknoloji, antimikrobiyal polimerlerin geliştirilmesinde önemli rol oynayan bir bilim dalı olarak karşımıza çıkmaktadır. Nanopartiküller de son on yılda antibakteriyel ajanlar olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Antibiyotiğe dirençli bakterilerin inhibe edilmesi için kullanılmaları en dikkat çeken kullanım alanlarındandır.
Bu tez çalışmasında poli(2-hidroksietil-metakrilat) (p(HEMA)) , çinko oksit (ZnO) nanopartikülü gömülü poli(2-hidroksietil-metakrilat) (ZnO@p(HEMA)), vinil fenil boronik asit ile fonksiyonlandırılmış hidroksietil metakrilat (p(HEMA-VPBA)) ve ZnO nanopartikül gömülü vinil fenil boronik asit (VBPA) ile fonksiyonlandırılmış hidroksietil metakrilat (HEMA) temelli mikrokriyojellerin ZnO@p(HEMA-VBPA) sentezlenmesi gerçekleştirilmiştir. Staphylococcus aureus ATCC 29213 ve Escherichia coli ATCC 25923 suşları sırasıyla Gram pozitif ve Gram negatif bakteriler için model mikroorganizmalar olarak kullanılarak sentezlenen polimerlerin antimikrobiyal aktiviteleri incelenmiştir. Antimikrobiyal aktivitenin belirlenmesi için iki yöntem kullanılmıştır. Spektrofotometrik yöntemde, çalışma kapsamına dahil edilen polimerlerin antimikrobiyal aktiviteleri 24, 48 ve 72 saatlik inkübasyon sonucunda alınan ölçümler ile belirlenmiştir. Bu analizde, antimikrobiyal aktivite göreceli bakteri inhibisyonu olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, en az bakteri derişimi S. aureus ATCC 29213 ve E. coli ATCC 25923 suşları için ZnO@p(HEMA-VPBA) eklenmiş kültürlerde görülmüştür. Göreceli bakteri inhibisyonu S. aureus ATCC 29213 suşu için, 48. ve 72. saatte %92,7 bulunmuştur. Agarda koloni sayma plak yönteminde ise 24, 48 ve 72 saatlik inkübasyon sonucu oluşan kültürlerden seri sulandırmalar sonrasında sıvı ortamdan katı ortama bakteri inokülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bakteri kolonileri sayıldıktan sonra cfu/mL değerleri hesaplanmıştır. ZnO@p(HEMA-VPBA) mikrokriyojelinin sentezlenmiş diğer mikrokriyojellere göre Gram pozitif bir bakteri olan S. aureus ATCC 29213 suşu üzerinde daha fazla antimikrobiyal etki gösterdiği görülmüştür. Elde edilen cfu/mL değerlerine bağlı kalınarak mikrokriyojellerin bakteri tutma kapasiteleri (Q) hesaplanmıştır. Yapılan deneysel çalışmaların sonuçlarına göre çalışmaya dahil edilen bakteri suşları üzerindeki bakteri tutma kapasitesi en yüksek olan mikrokriyojel ZnO@p(HEMA-VPBA) olarak görülmüştür. ZnO@p(HEMA-VPBA) mikrokriyojelinin bakteri tutma kapasitesinin; Gram pozitif bakteri olan S. aureus ATCC 29213 suşunda 731000x105 cfu/g olduğu, Gram negatif bakteri olan E. coli ATCC 25923 suşunda ise 711300x105 cfu/g olduğu görülmüştür. Bu değerlere göre E.coli ATCC 25923 şusuna kıyasla S.aureus ATCC 29213 suşuna daha fazla etki ettiği görülmüştür.

Abstract:
In recent years, due to the development of antibiotic resistance by pathogenic microorganisms, there has been a trend towards the use of different antimicrobial agents and disinfectants. Among antimicrobial polymers, cryogels can be used in different fields of study thanks to their supermacroporous structure and their ability to be prepared with various monomers. In addition, boronic acid draws attention with its antimicrobial properties in the studies reported in the literature and is shown as an effective antimicrobial agent on pathogenic microorganisms. Nanotechnology is a branch of science that plays an important role in the development of antimicrobial polymers. Nanoparticles have also been widely used as antibacterial agents in the last decade. Their use for the inhibition of antibiotic-resistant bacteria is one of the most remarkable areas of use.
In this thesis, poly(2-hydroxyethyl-methacrylate) (p(HEMA)), zinc oxide nanoparticle embedded poly(2-hydroxyethyl-methacrylate) (ZnO@p(HEMA)), The synthesis of vinyl phenyl boronic acid-functionalized hydroxyethyl methacrylate (p(HEMA-VPBA)) and zinc oxide (ZnO) nanoparticle embedded vinyl phenyl boronic acid (VBPA)-functionalized hydroxyethyl methacrylate (HEMA) based microcryogels ZnO@p(HEMA-VBPA) was carried out. The antimicrobial activities of the synthesized polymers were investigated using Staphylococcus aureus ATCC 29213 and Escherichia coli ATCC 25923 strains as model microorganisms for Gram positive and Gram negative bacteria, respectively. Two methods were used to determine the antimicrobial activity. In the spectrophotometric method, the antimicrobial activities of the polymers included in the study were determined by measurements taken after 24, 48 and 72 hours of incubation. In this analysis, antimicrobial activity was calculated as relative bacterial inhibition. As a result, the lowest bacterial concentrations were observed for S. aureus ATCC 29213 and E. coli ATCC 25923 strains in cultures supplemented with ZnO@p(HEMA-VPBA). Relative bacterial inhibition was 92.7% for S. aureus ATCC 29213 at 48 and 72 hours. In the agar colony counting plate method, bacteria were inoculated from liquid media to solid media after serial dilutions from cultures formed after 24, 48 and 72 hours of incubation. After counting the bacterial colonies, cfu/mL values were calculated. It was observed that ZnO@p(HEMA-VPBA) microcryogel showed more antimicrobial effect on S. aureus ATCC 29213 strain, a Gram positive bacterium, than other synthesized microcryogels. Based on the cfu/mL values obtained, the bacterial retention capacity (Q) of microcryogels was calculated. According to the results of the experimental studies, the microcryogel with the highest bacterial retention capacity on the bacterial strains included in the study was ZnO@p(HEMA-VPBA). The bacterial retention capacity of ZnO@p(HEMA-VPBA) microcryogel was found to be 731000x105 cfu/g in the Gram positive bacteria S. aureus ATCC 29213 strain and 711300x105 cfu/g in the Gram negative bacteria E. coli ATCC 25923 strain. According to these values, it was observed that it was more effective on S.aureus ATCC 29213 strain compared to E.coli ATCC 25923 strain.