Antimikrobiyal peptitlerin immobilizasyonu ile enfeksiyona dirençli malzemelerin geliştirilmesi
Antimikrobiyal peptitlerin immobilizasyonu ile enfeksiyona dirençli malzemelerin geliştirilmesi
Yazar: EMRE YÜKSEL
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE GÖNEN KARAKEÇİLİ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Biyomalzemelerin biyomedikal uygulamalarda kullanımı, malzeme-kaynaklı enfeksiyon problemini de beraberinde getirmektedir. Biyofilm oluşumu sonucu önlenemeyen enfeksiyon, implantın vücuttan uzaklaştırılmasını zorunlu hale getirmektedir. Bununla birlikte, büyüme faktörlerinin biyomalzeme yapısında yer alması, biyomalzemelerin hücreler ile olan etkileşimini arttırmakta ve iyileşme sürecinde sağlıklı doku oluşumunu desteklemektedir. Gerçekleştirilen tezde amaç, yara tedavisinde ve implant kaplamalarda kullanılmak üzere, antimikrobiyal özellikteki Magainin II (Mag II) peptidinin kovalent immobilizasyonu ve Epidermal büyüme faktörü (EGF) kullanımı ile antimikrobiyal özelliğe sahip biyoaktif polimerik malzemelerin hazırlanmasıdır. Poliester yapıdaki poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) veya PLGA-jelatin (PLGA/J) kompozitleri elektroeğirme tekniği kullanılarak nanofibröz yapıda ardışık iki tabakalı membranlar elde edilmiştir. İlk tabakada Mag II kovalent immobilizasyonu kimyasal yöntemler kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Ardından, büyüme faktörü içeren ikinci tabakanın elde edilebilmesi için EGF içeren polimer çözeltileri (PLGA ve PLGA/J), elektroeğirme tekniği ile antimikrobiyal nanofibröz membranın Mag II immobilize edilmemiş yüzeyi üzerinde toplanmıştır. Mag II immobilizasyonu X-ışınları fotoelektron spektroskopisi,  Taramalı  Elektron  Mikroskobu  (SEM),  Atomik  Kuvvet  Mikroskobu  ve  su temas açısı ölçümleri analizleri ile karakterize edilmiştir. Yüzeylere immobilize olan Mag II miktarı Floresan Spektrofotometresi kullanılarak tayin edilmiştir. Çift tabakalı membranlardan EGF salımının izlenmesinde ELIZA analizi kullanılmıştır. Antimikrobiyal aktivitenin incelenmesi Gram-pozitif (Staphylococcus aureus) ve Gram-negatif (Escherichia coli) bakteri suşları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bakteri yapışması, SEM ve konfokal mikroskobu ile görüntülenmiştir. Nanofibröz membranların sitotoksisite çalışmaları ve membranlar üzerinde hücresel aktivitenin incelenmesi için L929 fare fibroblast hücreleri kullanılmıştır. Çalışmalardan elde edilen sonuçlar, Mag II immobilizasyonunun başarıyla gerçekleştirildiğini ve bakteri yapışmasını %50 üzerinde inhibe ettiğini göstermiştir. Bununla birlikte Mag II, L929 fare fibroblastları üzerinde toksik etkiye neden olmamıştır. Yapıda bulunan EGF, L929 yapışmasını ve üremesini arttırırken, Mag II varlığında bakteri yapışması engellenmiştir.

Abstract:
Biofilm formation remains a major problem for long-term use of biomaterials in the medical devices field. Implant-associated infections which are resistant to antibiotics may cause implant failure and implant removal, all leading to patient suffering. Meanwhile, biomaterials should be biocompatible to enhance cell interactions for tissue regeneration. In the presented study, it was aimed to develop biocompatible and biodegradable nanofibrous polymeric membranes having antimicrobial and bioactive properties by covalent immobilization of Magainin II (Mag II) and incorporation of Epidermal Growth Factor (EGF). For this purpose, electrospinning technique was used to prepare nanofibrous membranes with  two  layers  having  different  functionalities. A biodegradable polymer poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) or a composite of PLGA and gelatin (J) was used to prepare nanofibrous membranes by electrospinning. The antimicrobial peptide Magainin II was covalently immobilized on the nanofibrous membrane in order to produce the first layer with antimicrobial activity. Then, EGF was added to PLGA or PLGA/J before electrospinning and the solution containing EGF was electrospun on the reverse side of the first membrane to produce the bioactive layer. Mag II immobilization was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy and water contact angle measurements. The immobilizaed Mag II amount was determined by Fluorescence Spectroscopy. EGF release was examined by ELIZA. The antibacterial activity of the membranes was investigated by using bacteria with different properties (Gram-negative Escherichia coli and Gram-positive Staphylococcus aureus). Finally, cell culture studies was carried out with L929 mouse fibroblasts. The results obtained from the studies showed that the successful Mag II immobilization inhibited the bacterial adhesion up to 50%. Meanwhile, Mag II did not have any toxic effect on L929 mouse fibroblasts. While EGF incorporation enhanced the adhesion and proliferation of L929 cells, bacterial adhesion was inhibited in the presence of Mag II on double layered membranes.