REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Modificirani hidroksiapatit z antibakterijskimi lastnostmi in dobro biokompatibilnostjo s sesalskimi celicami je zelo zaželen v številnih biomedicinskih aplikacijah. Pri tem predstavlja resno težavo pomanjkanje novih antibiotikov in čedalje manjša učinkovitost obstoječih zaradi hitrega razvoja in širjenja bakterijske odpornosti na antibiotike. Zato je smiselno iskati alternativna protimikrobna sredstva, kot so kovinski ioni in nanomateriali.
V priloženi doktorski disertaciji sem raziskoval različne modifikacije hidroksiapatita na osnovi galija in zlata z namenom razviti nove antibakterijske materiale z nizko toksičnostjo. Te modifikacije so vgrajevanje ionov Ga³⁺, pritrditev Ga nanodelcev na hidroksiapatit, pritrditev funkcionaliziranih zlatih nanodelcev na hidroksiapatit, dopiran z Ga(III), ter pritrditev funkcionaliziranih Au nanolupin z jedrom iz Ga na hidroksiapatit. V disertaciji so predstavljene fizikalno-kemijske lastnosti dobljenih materialov, sproščanje ionov pri fizioloških pogojih, antibakterijsko delovanje proti bakterijam P. aeruginosa, E. coli in S. epidermidis ter citotoksičnost in vitro za sesalske celice (mišje fibroblaste L929, človeške pljučne fibroblaste IMR-90 in celice osteosarkoma U2OS).
Vgrajevanje Ga(III) v hidroksiapatit poteka v tanki površinski amorfni plasti hidroksiapatita z zamenjavo ionov Ca²⁺. Različne morfologije sem dosegel z dodajanjem ionov Ga³⁺ v različnih fazah sinteze hidroksiapatita, različne vsebnosti Ga(III) pa s spreminjanjem koncentracije ionov Ga³⁺. Sproščanje ionov Ga³⁺ iz hidroksiapatita, ki vsebuje Ga(III), je bilo odvisno od celotne vsebnosti Ga v materialu, medtem ko je na biološki odziv bistveno vplivala sestava površinske amorfne plasti. Pretežno Ca-fosfatna plast je vodila do nizke antibakterijske učinkovitosti, pretežno Ga-fosfatna plast pa do visoke antibakterijske učinkovitosti, a hkrati tudi do citotoksičnosti. Najširše koncentracijsko območje antibakterijskega delovanja proti bakteriji P. aeruginosa ob nizki toksičnosti za sesalske celice (od 0,3 g/L do vsaj 1 g/L) sem dosegel pri vsebnosti 4 mas. % Ga(III) in dodajanju ionov Ga³⁺ med transformacijo prekurzorskih kristalov iz oktakalcijevega fosfata v končne kristale hidroksiapatita.
Pripravil sem tudi nanokompozite iz Ga nanokroglic na hidroksiapatitnih ploščicah z različnimi vsebnostmi Ga (od 6 do 32 mas. %), različnimi povprečnimi velikostmi delcev Ga (od 15 do 40 nm) in različno širino porazdelitve velikosti ter primerjal dve različni metodi sinteze. Nanokompozite z najboljšimi lastnostmi sem dobil z metodo ultrazvočne emulzifikacije brez uporabe surfaktantov. Antibakterijsko delovanje teh materialov je izviralo pretežno iz raztapljanja nanodelcev Ga in posledičnega lokalnega sproščanja ionov Ga³⁺. Nanokompozit, ki je vseboval 16 mas. % nanodelcev Ga s premeri 22 ± 11 nm, je imel boljše antibakterijske lastnosti in manjšo citotoksičnost in vitro kot primerljivi nanokompozit hidroksiapatita in srebrovih nanodelcev. Nanokompozit z nanodelci Ga je namreč kazal učinkovito antibakterijsko delovanje proti bakteriji P. aeruginosa ter nizko toksičnost za pljučne fibroblaste IMR-90 in mišje fibroblaste L929 v koncentracijskem območju od 0,1 do 1 g/L, medtem ko je bilo takšno koncentracijsko območje pri nanokompozitu z nanodelci Ag le od 0,2 do 0,25 g/L.
Dodatek galijeve komponente (vgrajevanje Ga(III) v neurejeno površinsko plast ali pritrditev nanodelcev Ga) je hidroksiapatitu zagotovil antibakterijsko aktivnost proti bakteriji P. aeruginosa, ne pa tudi proti bakterijama E. coli in S. epidermidis. Nasprotno je funkcionalizirano nanozlato omogočilo antibakterijsko delovanje proti bakterijama E. coli in S. epidermidis, ne pa proti bakteriji P. aeruginosa. Obe antibakterijski komponenti sta bili uspešno združeni v nanokompozitu iz optimalnega hidroksiapatita z vgrajenimi ioni Ga³⁺ in nanodelcev Au, funkcionaliziranih z argininom in pritrjenih na površino hidroksiapatita. Ta material je učinkovit proti bakterijam E. coli, S. epidermidis in P. aeruginosa ter ima široko koncentracijsko območje antibakterijske učinkovitosti ob nizki citotoksičnosti (od 0,2 do 0,75 g/L).
Takšni nanokompoziti s kombiniranim protimikrobnim učinkom predstavljajo inovativen in učinkovit pristop k preprečevanju in zdravljenju bakterijskih okužb ter obetavno alternativo antibiotikom in antibakterijskim materialom na osnovi Ag pri zdravljenju okužb z bakterijami, odpornimi proti antibiotikom.