Biomimično dizajniranje nosača na bazi hidrokiapatita u cilju inkapsulacije antibiotika sa kontrolisanim otpuštanjem

Predmet ove doktorske disertacije proistice iz aktuelne problematike inženjerstva kostanog tkiva, vezane za procese osteointegracije, implantiranja, kao i resavanja problema inflamacije na mestima ugradnje implanata. Prvi deo disertacije posvecen je problemima vezanim za biokompatibilnost i osteointegraciju materijala koji se koriste kao implanti u inženjerstvu kostanog tkiva. S tim u vezi, ispitivano je formiranje bioaktivnih prevlaka kalcijum hidroksiapatita (HAP) na povrsini dve vrste potencijalnih implanata: metalnih i keramickih, biomimicnom metodom. Ova metoda je pogodna jer omogucava dobijanje HAP-a slicnih strukturnih i morfoloskih karakteristika kao prirodna kost. Zasnovana je na koriscenju rastvora slicnog jonskog sastava kao krvna plazma (poznatih kao simulirajuci telesni fluidi-STF) pa su i uslovi nukleacije HAP-a slicni uslovima nukleacije u bioloskim sistemima. Povrsina metala (nerđajuci celik) prethodno je aktivirana nabacivanjem tankog sloja silicijum dioksida, sa ugrađenim OH grupama koje služe kao aktivni centri heterogene nukleacije apatita. Keramicki supstrat- porozni HAP tretiran je u biomimicnom medijumu u cilju unapređenja nanotopologije unutratrasnjih zidova poroznog nosaca koja je optimalna za rast i aktivaciju celija kostanog tkiva. Tri razlicita polimera (PLGA, celuloza i alginat) koriscena su za funkcionalizaciju zidova poroznog nosaca radi njegovog dodatnog nanodizajniranja i povecanja njegove aktivnosti na povrsini. STF, kao i STF kombinovan sa serumom iz fetusa goveceta i Iglovim medijumom korisceni su kao bioaktivni tecni medijumi u kojima se odvija biomimicna nukleacija apatita. Analizom faza formiranih u biomimicnom medijumu, metodom difrakcije X-zraka, potvrđeno je da je HAP formiran na povrsini svih uzoraka. Infracrvenom spektroskopijom je utvrđeno da se radi o HAP-u blago promenjene stehiometrije. Mikroskopija atomskih sila ukazala je na mehanizam nukleacije, dok je skenirajuca elektronska mikroskopija ukazala na morfologiju nukleirane faze. Merenjem mase, uz korekcije zapremine urađene BET metodom, pokazano je da debljina filma nukleiranog I HAP-a zavisi od vremena boravka uzoraka u biomimicnom medijumu, kao i od vrste izabranog biomimicnog medijuma. Ispitana je i bioprihvatljivost ovih materijala u in vitro i in vivo uslovima, pri cemu su dobijeni veoma dobri rezultati. U drugom delu disertacije pažnja je usmerena ka iznalaženju resenja za probleme ucestalih inflamacija koje se javljaju prilikom ugradnje implanata, kao i za tretiranje oboljenja kostanog tkiva na lokalnom nivou, kontrolisanim otpustanjem leka na obolelo mesto. Cilj je da se razvije takav implantni materijal koji ce imati odgovarajuce osobine osteokondukcije i osteoindukcije i istovremeno oslobađati bioloski aktivne molekule na međupovrsinu živog tkiva i implanta. Veliki potencijal za takvu primenu pokazao je hidroksiapatit koji je jedan od najzastupljenijih materijala u inženjerstvu kostanog tkiva, zbog cega je i izabran kao model-sistem za ispitivanje kinetike otpustanja antibiotika koji se koriste za lecenje infekcija kostanog tkiva. Antibiotici su inkapsulirani u dva razlicita sistema: u polimer koji je zatim deponovan na porozni apatitni nosac i u tablete dobijene kompresijom praskastog apatita. Pored apatitnih nosaca, kreiran je i nosac za kontrolisano otpustanje lekova na bazi SiO2, i to metodom sprej susenja koja omogucava dobijanje SiO2 cestica složenog strukturnog dizajna uz istovremenu imobilizaciju leka na cesticama. Zatim je pracena brzina otpustanja antibiotika iz ovih sistema. Utvrđeno je da pogodno dizajnirani porozni nosaci mogu zadržati lek dovoljno dugo vremena da bi se kontrolisao proces lokalne inflamacije.