Üreteral stentlerde enfeksiyon önleyici antibakteriyel fırça tipi polimer aşılamanın geliştirilmesi
Development of antibacterial polymer brush grafting on ureteral stent to prevent infection
Yazar: MERVE GÜLTEKİNOĞLU
Danışman: PROF. DR. KEZBAN ULUBAYRAM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Üreteral stentler, obstrüktif üropati (ürolojik taşlaşma), üreterik zedelenmeler, primer ya da malign karsinoma, radyasyon veya retroperitonal fibrozis gibi ürolojik rahatsızlıklar yaşayan hastalarda idrar akışına yardım etmek için sıklıkla kullanılırlar. Bununla birlikte uzun dönem stent kullanımında taşlaşma ve enfeksiyonlar ile aksaklıklar gözlenebilir. Mikroorganizma kaynaklı enfeksiyonların tedavisinde sistemik antibiyotik kullanımı bakteriyel direncin gelişimi ile efektif olmayabilir. Taşlaşma ve enfeksiyonun önlenmesi amacıyla üreteral stentlere çoğunlukla gümüş iyonları, kuaterner amonyum tuzları, triklosan, antibiyotikler, enzimler ya da diğer ilaçların eklenmesi ve ortama salınması prensibine dayanan çeşitli yüzey kaplamalar denenmiştir. Bu yaklaşımların dezavantajı küçük moleküllü antimikrobiyal ajanların tükenmesiyle ortaya çıkan sınırlı fonksiyonel yaşam süreleridir. Enfeksiyonun klinik önemi sonucu üreteral stentlerin üretiminde fonksiyonelliği kararlı ve uzun dönem koruma sağlayacak antimikrobiyal yüzeylerin geliştirilmesi çok önemli bir ihtiyaçtır.Bu tezin amacı poliüretan üreteral stent yüzeyine fırça tipi polimerlerin aşılanması ile herhangi bir salım yapmayan özgün bir taşlaşma ve enfeksiyon önleyici tekniğin geliştirilmesidir. Bu amaçla, antibakteriyel aktiviteye sahip hidrofobik polikatyonik polietilenimin (PEI) zincirleri poliüretan stent yüzeyine kovalent olarak bağlanmış ve sonrasında bakteri membranlarını parçalama amaçlı alkillenmiştir. Başarılı fırça tipi yüzey modifikasyonu Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM), Atomik Kuvvet Mikroskopu (AFM) ve X Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile doğrulanmıştır. PEI aşılanmış yüzeyler Proteus mirabilis (P. mirabilis) ve Escherichia coli (E. coli)'ye karşı anlamlı antibakteriyel etkinlik göstermiştir. Elde edilen yüzeylerin antibakteriyel aktiviteleri yüzeye aşılanmış polimerlerin molekül ağırlıklarına bağlı bulunmuştur. Bağıl olarak yüksek molekül ağırlığına (Mw~750,000 g/mol) sahip yüzeyler P. mirabilis ve E. coli bakterilerinin her ikisine de işlem görmemiş stente karşı yaklaşık %99'luk tutunma direnci gösterirken, daha kısa zincir uzunluğuna (Mw~2,000 g/mol) sahip PEI aşılanmış yüzeylerin yukarıda sözü geçen bakterilere daha düşük tutunma direncine (sırasıyla %95 ve %89) sahip oldukları bulunmuştur. PEI'nin gövdeye aşılama (grafting onto) tipi kovalent bağlanması ile yüzeyde çevre dokulara sitotoksik etki göstermeyen uzun süreli bir antibakteriyel aktivite sağlanmıştır.

Abstract:
Ureteral stent aids the flow of urine and is profoundly used in the treatment of patients with urological disorders including obstructive uropathy (urological encrustation), ureteric injury, primary or malignant carcinomas, and radiation or retroperitoneal fibrosis. Nevertheless, long-term ureteral stent usage is hindered by encrustation and infection. Systemic use of antibiotics in treatment of infections caused by these microorganisms has been ineffective due to bacterial resistance development. Various surface coatings to ureteral stents have been developed in an attempt to prevent encrustation and infections; most of them work by incorporating and releasing such bactericidal agents as silver ions, quaternary ammonium salts, triclosan, antibiotics, enzymes or other drugs that leach into the environment. The drawback of this approach is that the small-molecule antimicrobial agents will eventually be exhausted, leading to limited functional lifetimes. As a result of clinical importance of infection, there is a considerable demand for the development of stable antimicrobial surfaces which are required for long term usage of ureteral stents.The aim of this thesis is to develop a novel, non-release technique for creating antibacterial surface which involves polymer brushes attached to on polyurethane ureteral stent surface for preventing encrustation and infection. For this purpose hydrophobic polycation polyethylenimine (PEI) chains with antibacterial activity were covalently attached on polyurethane stent surfaces and then alkylated to disrupt the bacterial membranes. Successful brush-like surface modification was confirmed by FTIR, Scanning Electron Microscope (SEM), Atomic Force Microscope (AFM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). PEI grafted surfaces have exhibited significant antibacterial activity against Proteus mirabilis (P. mirabilis) and Escherichia coli (E. coli). The antibacterial activity of the resultant surfaces depends on the molecular weight of the polymers grafted to the surface. Surfaces grafted with relatively high Mw PEI polymers (Mw~750,000 g/mol) showed almost 99% resistance for both types of P. mirabilis and E. coli bacterial adhesion whereas a lower resistances to bacterial adhesions to aforementioned bacteria (95% and 89%, respectively) were observed for the surface grafted with shorter PEI chains (Mw~2,000 g/mol). ?Grafting Onto? type covalent attachment of PEI provides long-lasting antibacterial activity with no cytotoxicity to the environment.