Polimerik yüzeylerde biyofilm oluşum mekanizmasının incelenmesi ve biyotip uygulamaları için uygun mateyal dizaynı
Investigation of biyofilm formation mechanisms polymeric surfaces and materials design for biomedical applications.
Yazar: AYŞE GÖNEN KARAKEÇİLİ
Danışman: DOÇ.DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1995
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyofilm sistemleri = Biofilm systems ; Mikroorganizmalar = Microorganisms

Özet:
Sunulan çalışma, implant biyomateryal olarak yaygın kullanıma sahip polimerik yüzeylerde mikroorganizma ve doku hücresi etkileşimlerinin incelenmesi konusunda yürütülmüştür. Amaç, mikrobiyal yapışma ve buna bağlı olarak meydana gelen enfeksiyon ve biyomateryal yüzeyinin doku hücreleri ile bütünleşememesi olarak tanımlanan problemlerin çözümüne yönelik bulguların elde edilmesidir. Çalışmada polimerik biyomateryal olarak tarafımızdan hazırlanmış, yüzey ve yığın yapısı tam olarak karakterize edilmiş poli(HEMA) ve %20 (v/v) DMAEMA içeren kopolimeri, PU, PP, PVC, biyolojik ortamda parçalanabilen PLGA ve PLGA-%10 PEG kopolimerleri kullanılmıştır. Bu yüzeylerin yüzey serbest enerjisi değerleri hava ve oktan değme açıları kullanılarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, yüzey serbest enerjisi değerlerinin 26.9 erg/cm2 ile 63.1 erg/cm2 aralığında değiştiği görülmüştür. Böylelikle farklı yüzey hidrofobisitelerine sahip yüzeylerle çalışmak mümkün olmuştur. Yüzeyler hidrofobisiteleri azalan sırayla şu şekilde verilebilir: PP, PLGA, PVC, PU, PLGA-%10 PEG, poli(HEMA-%20 DMAEMA) ve poli(HEMA). Kullanılan mikroorganizmalar ise, E.caîi ATCC 25922, S.aureus, S.epidermidis ATCC 12228 ve L.addaphilus B-13* tür. Hücrelerin yüzey hidrofobisitesi, "hidrokarbonlara yapışma" ve "hidrofobik etkileşim kroma togr afisi" ile belirlenmiştir. Her iki testin sonucu karşılaştırıldığında uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Bu sonuçlara göre mikroorganizmalar yüzey hidrofobisiteleri azalan sırayla şu şekilde verilebilir:L.aa'dopİ2İltrs B-13,S.aureus, S.epidermidis ATCC 12228 ve E.coli ATCC 25922. Çalışmalarda doku hücresi olarak fibroblastik yapıdaki BHK ve epitel yapıdaki MDBK model hücreleri kullanılmıştır. Mikroorganizma ve doku hücrelerinin yüzeye yapışma davranışı in-vitro koşullarda incelenmiş ve yapışma kinetikleri belirlenmiştir. Durgun ve akışlı ortamlarda yapılan çalışmalarda elde edilen sonuçlar mikrobiyal yapışmanın polimerik yüzey ve bakteri yüzey hidrofobisitesine bağımlı özet olarak değişebileceğini göstermiştir. Hidrofobisitesi en yüksek olan PP yüzeye en hidrofobik olan L.acidophiîus en fazla yapışırken, hidrofilik karakterdeki E. cali yüzeye en az yapışan mikroorganizmadır. En hidrofilik karakterli poli(HEMA) yüzeyinde, hücre yüzey hidrofobisitesi en düşük olan E.coli, yüzeye en yüksek değerde yapışan hücredir.Hidrofobik karakterli PU yüzeyde hidrofobik karakterdeki L.acidophiîus, S.aureus ve S.epidermidis 'in yapışan hücre miktarının hidrofilik karakterli E.coli 'ye göre daha fazla olduğu belirlenmiştir. PLGA-%10 PEG yüzeyine en fazla yapışan hücre E.coli'dir. PLGA yüzeyine yapışan mikroorganizma miktarı ile hücre ve yüzey hidrofobisiteleri arasında bir ilişki gözlenememiştir. PVC yüzeyinde hidrofilik karakterli E.coli için en az yapışma gözlenmiştir. Poli(HEMA- %20 DMAEMA) yüzeyinde en fazla yapışan hücre E.coli "dir. L.addophilus hidrofobik karakteri dolayısıyla bu yüzeye en az yapışan hücredir. Doku hücreleri ile yapılan çalışmalarda hücre morfolojisinin yapışmayı etkilediği ve yapışmanın hidrofobik ve pozitif yüke sahip yüzeylerde yüksek olduğu görülmüştür.Anah tar Kelimeler. Mikrobiy al yapışma, Polimerik biyomatery al, Hidrofobisite, Doku hücresi, Yapışma kinetiği.

Abstract:
The aim of the study is to develop solutions for the two major problems to the extended use of implanted biomaterials. These major barriers are the possibility of bacterial adhesion to biomaterials, which causes biomaterial centered infection and the lack of successful tissue integration or compatibility with biomaterial surfaces. Such problems are the main impediments to the use of implanted biomaterials as tissue substitutes. In this study, poly(HEMA) and 20% (v/v) DMAEMA containing copolymer, PU, PP, PVC, biocompatible PLGA and 10% PEG containing copolymers are used as polymeric biomaterials of which surface and bulk characteristics are determined. The surface free energies of the polymeric surfaces are determined by air and octane contact angles. The values of free energies vary between 26.9 erg/cm2 and 63.1 erg/cm2. In this way, it was possible to use surfaces having different hydrophobicities. The hydrophobicity of the surfaces in descending order may be given as: PP, PLGA, PVC, PU, PLGA-10% PEG, poly(HEMA-20% DMAEMA) and poly(HEMA). The microorganisms used are; E.caîi ATCG 25922, S.aureus, S.epidermidis ATCC 12228 and L.acidaphilus B-13. The surface hydrophobicity of microorgenisms is determined by "adhesion to hydrocarbons" and "hydrophobic interaction chromatography" methods. The hydrophobicity in descending order may be given as: L.aadaphilus B- 13, S.aureus, S.epidermidis ATCC 12228 and E.coii ATCC 25922. Fibroblastic BHK and epithelial MDBK cells are used as tissue cells. The adhesion of microorganisms and tissue cells to polymeric surfaces are examined in-vitro. The results of the experiments show that in static and flow cell systems, microbial adhesion on polymeric surfaces depends on the surface hydrophobicity of both polymeric surface and bacterial cell surface. On PP surfaces, which have the highest hydrophobicity, while the most adherent Abstract bacteria is the most hydrophobic L.acidaphilus, the less adherent is the hydrophilic E.cali. On hydrophilic poly(HEMA) surfaces, the most adherent bacteria is hydrophilic E.cali. On hydrophobic PU surfaces, hydrophobic L.acidaphiîus, S. aureus and S.epidermidis are more adherent than hydrophilic E.cali. The most adherent bacteria on PLGA- 10%PEG is determined as E.cali. On PLGA surfaces it was not able to find any relationship between cell surface hydrophobiciiy and amount of adherent bacteria. On PVC surfaces, the less adherence is observed for hydrophilic E.cali. On poly(HEMA-20% DMAEMA) surfaces, while E.cali is the most adherent bacteria, L.addaphilus is the less adherent because of its hydrophobic cell surface. In the studies with tissue cells, it is observed that tissue morphology effects the adherence of tissue cells and hydrophobic and positively charged surfaces are more available for tissue adherence. Key wards : Microbial adhesion, Polymeric biomaterial, Hydrophobicity, Tissue cell, Adhesion kinetics.