İki aşamalı total eklem protezi ameliyatları için antibiyotik yüklü boşluk doldurucuların geliştirilmesi
Development of antibiotic loaded spacers for two stage total joint replacement surgery
Yazar: MESUT KAPLAN
Danışman: DOÇ. DR. EYLEM GÜVEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology

Özet:
Nanoteknoloji alanındaki çalışmaların hız kazanması ile nanoteknolojik malzemeler ve bu malzemelerin kullanımı; her alanda olduğu gibi biyomedikal ve tıp alanında da artmıştır. Malzemenin nano boyutta incelenmesi ve dizayn edilebilmesi, tıp alanında da bir takım yenilikçi düşünceleri beraberinde getirmiştir. Bunlar arasında en çok kullanılan ve üzerinde çalışılan konu ise, ilaç hedefleme ve kontrollü ilaç salım sistemleridir. İlaç hedefleme sistemleri; belirli bir etken maddenin özel yapılarla donanımlaştırılarak, hedeflenen doku veya organa taşınmasını sağlayan sistemlerdir. Kontrollü salım sistemleri ise; uygun ilacın yönlendirildiği veya uygulandığı bölgede, uzun süreli olarak ve etkin değer aralığında ortama ilaç salan sistemlerdir. Günümüzde bu çalışmalar yoğun şekilde devam etmekte ve bu çalışmalar da ilaçların etkin dozda ayarlanması ve uygulanan tedavilerin sonuçlarının sağlıklı olması açısından oldukça büyük önem taşımaktadır. Yeni ilaç salım sistemleri ve yöntemlerinin geliştirilmesi, tıp ve biyomedikal alanda birden fazla sorunu çözebilecek yeni teragnostiklerin bu alana kazandırılmasında öncü çalışmalar olacaktır. 
Bu tez çalışmasında; ortopedi alanında kullanılmak üzere, antibiyotik salım sürelerini uzatmak ve salınan antibiyotiğin etkin doz aralığında kalmasını sağlamak amacıyla, total eklem protezi ameliyatlarında sıklıkla kullanılan ''antibiyotik yüklü spacer'' ların (boşluk doldurucu kemik çimentoları) geliştirilmesi amaçlanmıştır.
Günümüzde kullanılan boşluk doldurucuların hammaddesi polimetilmetakrilat olup aynı zamanda kemik çimentosu olarak da bilinmektedir. Bu malzeme biyomedikal alanda ticari olarak satılmakta olan, ameliyat esnasında pratik bir şekilde hazırlanabilen, sadece monomeri ve başlatıcısına ek olarak içine antibiyotik ilave edilebilen ve yaklaşık 15 dakikada polimerize olarak verilen şekli koruyabilen bir malzemedir. Bu malzemenin mekanik dayanımı ve biyouyumluluğu gibi olumlu özellikleri bulunmaktadır. Ancak poröz olmayan yapısı nedeniyle içeriğinde bulunan ilacın salımının istenilen düzeyde olmaması önemli bir dezavantaj oluşturmaktadır. Bu durum cerrahları daha etkili bir malzeme arayışına yönlendirmektedir. Nanoyapılı ilaç taşıyıcı sistemlerin kullanılması bu durumda uygun bir yaklaşım olmaktadır. Bu amaçla; cerrahide kullanılan boşluk doldurucuların ilaç salım sürelerini uzatmak ve etkin doz aralığında kontrollü ilaç salımını sağlamak için, ortopedide sıklıkla kullanılan bir antibiyotik olan ''vankomisin'', aljinat nanopartiküllere yüklenmiş olup hazırlanan antibiyotik yüklü nanopartiküller kitosanla kaplanmıştır. Daha sonra antibiyotik yüklü aljinat-kitosan nanopartiküller; antibiyotik içeren aljinat jel içerisinde homojenize edilerek, antibiyotik ve antibiyotik yüklü nanopartikül ihtiva eden aljinat jel çözeltisi elde edilmiştir ve antibiyotik içeren boşluk doldurucular hazırlanmış olan bu çözelti ile kaplanmıştır. 
Elde edilen malzemeleri karakterize etmek amacıyla in vitro ilaç salım analizleri yapılmıştır. Boyut analizi için Zeta Sizer, morfolojik inceleme amacıyla ise geçirimli elektron mikroskobu (TEM) kullanılmıştır. Kimyasal özelliklerin belirlenmesi için FT-IR spektrumları incelenmiştir. Hücre canlılığı testi için ise MTT metodu kullanılmıştır.


Anahtar sözcükler: Aljinat-kitosan nanopartikül, ilaç taşıyıcı sistemler, vankomisin, iki aşamalı total eklem cerrahisi, boşluk doldurucu, ortopedi.

Abstract:
Nanotechnological materials and the use of these materials are increasing in all areas as well as biomedical and medicine field. With decreasing the size of material up to nano scales and designing of them, the new ideas has been brought concededly in medical field. One most using and being interested in studies is 'drug targeting and controlled releasing system '.Drug targeting is the attachment of the desired drug to specified structures with ability of the controlled releasing to the desired location such as organ or tissue. Furthermore Controlled releasing system is defined to extended releasing of the drug with efficient intermittent dose in nanostructure medium. Nowadays these kinds of studies is developing very fast with concern of the titration of effective dosage to gain the best treatment results. By developing of drug releasing systems and discovering the new methods the problem solving and new tergnostics studies in medical and biomedical field would be appear furtherer.
In this thesis study, elongation of the antibiotic releasing time with conservation of effective dosage which is used in the antibiotic spacer in orthopedics total joint replacement surgeries has been concerned.
Nowadays the raw material of making spacers is Polymethyl methacrylate. This Polymer has been known as the bone cement also. This material has been marketed in biomedical field and should be practically prepared during the surgery only with mixing of its monomer and specified antibiotic following of 15 minutes resting in room temperature which results to getting the hard material afterward. Beside of mechanical stability and biologic capability properties of this material, because of lacking porous structure in it the substance releasing procedure would not be sufficient which makes the surgeons to go toward the apply better structural formation in this manner. And its exactly the point that nanotechnologic controlled drug releasing system would found to resolve the problem. In this study Vancomycin which is one of the most useful antibiotics in orthopedics field is loaded on one natural polimer in the name of alginate-kitosan nanoparticle for aim of elongation and reaching to effective releasing dosage intervals in spacers which is used in surgeries in this structure alginate made nucleus is encapsulated with kitosan coat. These drug loaded nanoparticles (which is coated by kitosan) is been achieved by homogenization of drug in to alginate gel following of intruding the drug and drug loaded alginate solvent. Afterward the side of antibiotic loaded spacers as usual is coated with stretched film as its hugging the inside material. At trials steps of study all different combinations of these structure is examined and with optimization of scale is shown together on a graph chart.
The final prepared side coated product is left in 37°C of water bath for releasing. Near to these products designed mechanism included with dialyze membrane is adjusted only for measuring amount of release, then the products are returned to 37°C water bath to release monitoring.
Zeta-sizer was used for defining the dimension, Transmission electron microscopy (TEM) was used for looking to morphologic properties as material characterization studying. FT-IR spectrometry was used for chemical properties determination and MTT method was used for cell viability tests.


Keywords: Alginate-chitosan nanoparticle, drug delivery systems, vancomycin, two-stage total joint surgery, spacer, orthopedics.