Biyokaplama yolu ile üriterik JJ stentlerin geliştirilmesi üzerine biyofiziksel çalışmalar
Biophysical studies to enhance ureteric JJ stents utilizing bio-coating
Yazar: OMAR ALHOMSI
Danışman: PROF. DR. LEMAN YALÇINTEPE GUNEŞTUTAR ; DOÇ. DR. BAŞAK GÜNÇER
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı / Biyofizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Alhomsi, O. (2024). Biyofiziksel çalışmalar biyolojik kaplama kullanılarak idrar JJ stentlerini güçlendirmek için. İstanbul Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Biyofizik Bölümü. Yüksek Lisans tezi, İstanbul.  
Hastaların idrar damarlarına endo-urolojik patolojileri tedavi etmek için standart bir prosedür olarak yerleştirilen geleneksel JJ stentlerinin çoğu enfeksiyon riski taşımaktadır. Bu risk, bakterilerin insan vücudunda bağımlılık ve kolonileşme sürecini başlatmak için bir biyolojik film oluşturmak için olumlu bir çerçeve olarak hareket eden morfolojik ve fizyokimyasal özelliklere sahip nispeten büyük yüzey alanlarından kaynaklanmaktadır. Bu durum  idrar yolu enfeksiyonlarına neden olan  bir enfeksiyondur. Bu durum, iyileşme sürecini uzatmaya ve diğer olası komplikasyonlara sahip hastaların sağlığına risk oluşturur.
Hastalara JJ stent eklenmesinden kaynaklanan enfeksiyonla ilgili hastalık riskinin artması ve antibiyotiklere karşı bakteriyel direnç sorununun ortaya çıkması, bu soruna önerilen bir çözüm olarak geliştirilmiş antibakteriyel özelliklere sahip JJ Stent'lerin üretilmesinin gerekliliğini ve amaçlarını ortaya koydu.
Bu nedenle, bazı büyük tıbbi cihaz üreticileri, üretilen JJ stentlerinin antibakteriyel özelliklerini geliştirmek için yeni yüzey kaplamaları ile ilgili  çalışmaya başladılar. Sonuç olarak, bu kaplamalar hastalar için ameliyat sonrası enfeksiyon riskini en aza indirmektedir.
Bu tez çalışmasında, Kimyasal bileşikler yani iyonik sıvılar (İS'ler) ve Titanyum dioksit (TiO2) ve IL'lerin karışımları ile birlikte, antibakteriyel ve sitotoksik özellikleri için sentezlendi ve test edildi. Çalışmanın amacı, daha sonraki çalışmalarda bunları kullanarak daha yeni nesil JJ stentleri geliştirmek için potansiyel biyolojik kaplamalar geliştirmeyi önermektir.
Deney fazı iki ana bölüme ayrılır: kimyasal bileşik sentezi kısmı ve biyolojik aktivite kısmı (antibacterial characterization and cytotoxicity).
İS ve TiO2/İS karışımlarının sentez aşamasında karakterizasyon ve miktarlı ve niteliksel doğrulama testleri için biyofiziksel yöntemler uygulanırken, Kızılötesi (İR) spektrometresi ve Nükleer Mıknatıs rezonansı (NMR) yöntemleri uygulanmıştır. Biyolojik aktivite aşamasında ise, antibakteriyel özellikleri test etmek için Kirby-Bauer Disk Difüzyon Duyarlılığı Yöntemi uygulanırken, MTS sitotoksisite ve hücre canlılık testi  uygulanmıştır.

Yapılan çalışmalarda, E. coli ve Klebsiella kültürlerinde sentez edilen bileşiklerin etrafındaki yeterli büyüklükteki inhibisyon bölgeleri görüldü. Bu türlere karşı antibakteriyel etkisi doğrulandı. Bileşikler ayrıca test edilen insan cilt fibroblastı (HFF-1) hücre hattında çok düşük bir sitotoksisite gösterdi. Bu tez çalışmasında kullanılan bileşikler, JJ stent ve tıbbi cihazlar için biyokaplama olarak uygulanması, bundan sonraki çalışmalar için umut vaat etmektedir.

Anahtar Kelimeler: JJ Stents, Titanyum dioksit, İyonik Sıvı, İYE, Antibakteriyel, Biyokaplama, Kirby-Bauer Disk Difüzyon Duyarlılık Yöntemi, Süt Toksikliği, MTS Analizi, Hücre Yaşamı, HFF-1 Hücre Hattı.

Abstract:
Alhomsi, O. (2024). Biophysical studies to enhance ureteric JJ stents utilizing bio-coating. Istanbul University, Institute of Health Science, Department of Biophysics. Master's Thesis. Istanbul.  
Most of the conventional JJ stents that are installed into the ureters of patients as a standard procedure to treat endo-urological pathologies impose the risk of infection. This risk is due to their relatively large surface area with morphological and physiochemical characteristics that act as a favorable scaffold within the human body for the bacteria to adhere to and form a biofilm to start the proliferation and colonization process. Thus, causing urinary tract infections, (UTIs) and becoming an infection hotspot in the body. That may lead to prolonging the recovery process and imposing risk to the well-being of patients with other potential complications.
This increased risk of infection-related diseases resulting from JJ stent insertion into patients and the arising issue of bacterial resistance to antibiotics established the need and purpose of producing JJ stents with enhanced antibacterial characteristics as a suggested solution to this problem.
Therefore, some of the major medical device manufacturers started to work on improving the antibacterial properties of their produced JJ stents by developing novel surface coatings that help prevent bacterial adhesion, biofilm formation, proliferation, and colonization. Thus, ultimately, these coatings minimize post-operative infection risk for patients.
In this thesis study, Chemical compounds, i.e., ionic liquids (ILs) and mixtures of Titanium dioxide (TiO2) and ILs together, were synthesized and tested for their antibacterial and cytotoxic characteristics. The purpose of the study was to suggest using them in later studies to develop potential bio-coatings to produce newer generations of JJ stents with enhanced antibacterial properties.
The experimental phase is divided into two major parts: the chemical compound synthesis part and the biological activity part (antibacterial characterization and cytotoxicity).
Biophysical methods were applied in the phase of synthesis of the ILs and TiO2/IL mixtures for the characterization and quantitative and qualitative verification testing, where Infrared (IR) Spectrometry and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) methods were applied. Whereas for the phase of biological activity, the Kirby-Bauer Disk Diffusion Susceptibility Method was conducted to test the antibacterial characteristics, and the MTS cytotoxicity and cell viability assay was applied.

The findings demonstrated adequate-sized inhibition zones around the synthesized compounds in E. coli and Klebsiella cultures, proving their antibacterial effectiveness against those strains. The compounds also presented a very low cytotoxicity on the tested human skin fibroblast (HFF-1) cell line. This opens the door for further studies to apply them as bio-coating for JJ stents and medical devices.

Keywords: JJ Stents, TiO2, ionic liquid, Urinary Tract Infection (UTI), Antibacterial, Bio-coating, Kirby-Bauer Disk Diffusion Susceptibility Method, Cytotoxicity, MTS Assay, Cell Viability, HFF-1 Cell Line.