Titanyum bazlı ortopedik implantların antibiyotik kaplanması ile ilgili deneysel çalışma
Experimental study on antibiotic coating of titanium based orthopedic implants
Yazar: OĞUZHAN KORKMAZ
Danışman: DOÇ. DR. ADNAN KARA
İstanbul Medipol Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology

Özet:
Ortopedide implant kullanım oranları günden güne artmaktadır. Vücutta herhangi bir implantın bulunmasının enfeksiyon için majör risk faktörü olduğu bilinmektedir. Ortopedik travma cerrahilerinden sonra da enfeksiyon sıkça görünen komplikasyonlardan olup; implant ilişkili enfeksiyonlar, sonucu ampütasyonlara gidebilen yıkıcılıkta olmaktadır. İmplant ile ilişkili enfeksiyonu tedavi etmek yerine önlemek, bütün bu yıkıcı süreci engelleyeceği gibi sağlık sistemi üzerindeki maliyetini de azaltacaktır. Çalışmamızda titanyum implantlara "mikro-ark oksidasyon (MAO)" yöntemiyle yüzey porozitesi kazandırıldı. Klasik titanyum implantlar (grup1), MAO- titanyum vidalar (grup2), antibiyotikli klasik titanyum vidalar (grup3) ve antibiyotikli MAO-titanyum vidalar (grup4) oluşturuldu. Her gruptan birer vida taramalı elektron mikroskobu altında yüzey porozitesi ve varsa yüzeyde tutunan antibiyotiklerin değerlendirilmesi için 50x,100x,200x,2000x,5000x,15000x ve 35000x büyütmede görüntülendi. Grup 3 ve 4'teki vidalar antibiyotiklerden vankomisin, gentamisin, teikoplanin, gentamisin ve kolistine maruz bırakıldıktan sonra, gram pozitif etkinlikli antibiyotiklere maruz bırakılan vidalar staphylococcus aerus, gram negatif etkinlikli antibiyotiklere maruz bırakılan vidalar pseudomonas aeruginosa ile kontamine edilerek chromagar besiyerlerine ekildi. Besiyerleri üreme kontrolü açısından iki günde bir kontrol edilerek üremelerin olduğu gün ve dolayısıyla implantın enfekte olmadan kalabildiği son gün not edildi. İşlem görmemiş titanyum bir implant antibiyotik ile maruz bırakıldığında antibiyotiksiz haline göre ortalama 1,33 ile 1,92 kat daha uzun süre üreme olmadan kalabildi ancak bu süre MAO işlem görmüş antibiyotikli vidalarda ortalama 2,07-5,35 kat daha uzun süre olarak gözlemlendi. Elektron mikroskobu ile incelemede de MAO ile işlem görmüş vidaların yüzeyinin poroz bir yapıya sahip olduğu ve daha fazla antibiyotik tuttuğu gözlemlenmiştir. Bu yöntem bildiğimiz kadarıyla titanyum bir implantın kendi yüzey özellikleri değiştirerek antibiyotik salınımı sağlayabileceğini gösteren ilk yöntemdir. Yöntemin geliştirilmesi ve pratikte uygulanabilmesi için ileri deneysel hayvan ve randomize kontrollü çalışmalara ihtiyaç vardır.

Abstract:
The usage rates of implants in orthopedics are increasing day by day. It is known that having any implant in the body is a major risk factor for infection. Infections are also common complications after orthopedic trauma surgeries, and implant-associated infections can be destructive and even lead to amputations. Preventing implant- associated infections rather than treating them will not only prevent this destructive process but also reduce the cost on the healthcare system. In our study, surface porosity was achieved on titanium implants using the "micro-arc oxidation (MAO)" method. Classic titanium implants (group 1), MAO-titanium screws (group 2), antibiotic- coated classic titanium screws (group 3), and antibiotic-coated MAO-titanium screws (group 4) were included in the study. One screw from each group was evaluated under a scanning electron microscope at magnifications of 50x, 100x, 200x, 2000x, 5000x, 15000x, and 35000x to assess surface porosity and any antibiotics present on the surface. Screws in groups 3 and 4 were exposed to vancomycin, gentamicin, teicoplanin, gentamicin, and colistin antibiotics, and then contaminated with staphylococcus aureus for gram-positive antibiotics and pseudomonas aeruginosa for gram-negative antibiotics before being plated on chromagar. The cultur media were checked every two days for microbial growth, and the day on which growth occurred, indicating the last day the implant remained uninfected, was noted. When a titanium implant was exposed to antibiotics, it could remain free from growth on average 1.33 to 1.92 times longer compared to the non-antibiotic titanium implant. However, this duration was observed to be 2.07 to 5.35 times longer in MAO-treated antibiotic- coated implants. Examination under an electron microscope also revealed that the surfaces of the screws treated with MAO had a porous structure and retained more antibiotics. As far as we know, this method is the first to demonstrate that a titanium implant can modify its surface properties to provide antibiotic release. Further experimental animal studies and randomized controlled trials are needed for the development and practical application of this method.