Titanyum implantlarına antibiyotik yüklenmesi ve biyoaktivitelerinin değerlendirilmesi

Bazı omurga hastalıklarının tedavisi için cerrahi müdahale gerekir. Omurga implantları kullanılarak omurganın stabilitesi, iki omurun füzyonu ile sağlanabilir. Böylece omurilik güçlendirilir ve deformasyonlar düzeltilir. Titanyum ve alaşımları, uygun biyouyumluluk özellikleri, hafif ve dayanıklı olmaları ve osseointegrasyonu destekleyici kapasiteleri nedeniyle omurga implantları için en sık kullanılan malzemelerdir. Bununla birlikte, omurga implantlarının başarılı bir performansa sahip olması, implant bölgesinin çevresinde enfeksiyon bulunmamasına da bağlıdır. Bu durumun önlenmesi için, gentamisin sülfat, hem gram pozitif hem de gram negatif bakterilerdeki etkinliği sayesinde lokal tedavi için yaygın olarak kullanılan bir antibiyotiktir. Bu çalışmada, hücre büyümesini ve çoğalmasını arttırdığı bilinen biyouyumlu bir doğal polisakarit olan agaroz (Agr) ve agaroz ile çapraz bağ oluşturabilen doğal bir katekol olan tannik asit (TA) içeren bir hidrojel hazırlanarak titanyum disklerin üzerine kaplanmıştır. Agr'nin gentamisin sülfat (GS) ile yüklenmesiyle, Ti6Al4V yüzeylerinde antibakteriyel aktivite sağlanırken aynı zamanda osseointegrasyon hızını arttırıcı etki oluşturması hedeflenmiştir. 14 mm çapındaki kumlamalı Ti6Al4V diskler, temizlendikten sonra 2,5 M sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi ile yüzeylerinde hidroksil grupları oluşturulmuştur. Daha sonra, pH 8,7'de 10 mM Tris tamponu (2 mg/mL) içinde çözülmüş dopamin (DOPA) çözeltisinde 24 saat bekletilerek yüzeylere DOPA aşılaması yapılmıştır. GS yüklemesi için % 1 Agr'den oluşan sulu çözeltisine, saf suda çözülmüş % 0,1 TA, % 0,1 kalsiyum klorür (CaCl2) ve 1 mg/mL GS ilave edilmiştir. Bu karışım daha sonra Ti6Al4V-DOPA yüzeyi üzerine kaplanmış ve 2 saat boyunca UV ışık altında bekletilmiştir. Yüzey modifikasyonlarının etkinliği XPS analizleri, su temas açısı ölçümleri, profilometre analizleri ve hidrojel karakterizasyonu ise FTIR analizleri ile değerlendirilmiştir. Yüzeyin atomik konsantrasyonunu belirlemek için yapılan X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri, DOPA'nın yüzeye başarılı bir şekilde aşılandığını ve Agr'nin yüzeye kaplanmasının da başarılı olduğunu açıkça göstermektedir. Nitekim, Ti6Al4V disklere kıyasla karbon yüzdesi önemli ölçüde yükselmiştir. Aynı zamanda kaplanmış olan disklerde Ti elementine rastlanmamıştır. Ayrıca, GS yüklü Agr'nin Ti6Al4V-DOPA yüzeyine kaplanması, DOPA'dan kaynaklanan azot elementinin XPS analizi sonucunda yüzeyde görülmemesi ile kanıtlanmaktadır. Su temas açısı değerleri ve profilometre analizleri ile Ti6Al4V-DOPA ve Ti6Al4V-Agr'nin homojen olarak aşılanmış olduğunu ve FTIR analizleri ile GS'nin Ti6Al4V yüzeylerinde kaplanan Agr hidrojeline etkin bir şekilde yüklendiği kanıtlanmıştır. GS salımı fizyolojik koşullar altında 28 gün bekletilerek salınan miktar ELISA testi ile belirlenmiştir. 6. saatte ani salım ile gentamisinin büyük bir miktarı salınmıştır. Fakat TA içeren kaplamalarda 21. güne kadar S. aureus bakterileri üzerinde gentamisinin minimum inhibitör konsantrasyonu (MİK) değerinden daha yüksek miktarda salım devam etmiştir. Antibakteriyel testlerde kaplamaların antibakteriyel etkinliği 7. güne kadar test edilmiş ve GS yüklü kaplamaların S. aureus bakterileri üzerinde antibakteriyel etkisi kanıtlanmıştır. Hücre kültürü çalışmalarında farklı içeriklerde Agr ile kaplanmış disklerin biyoaktiviteleri değerlendirilmiştir. Saos-2 hücre hattı üzerinde yapılan indirekt testler sonucunda disklerin hücre canlılığını arttırıcı etki gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca aynı hücreler üzerinde direkt test yapılmış ve en yüksek miktarda canlı hücre sayısı, içeriğinde GS, TA, CaCl2 bulunan Agr kaplamalı disk yüzeyinde tespit edilmiştir.