Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός ικριωμάτων πολυμερικών υδροπηκτών για βιοϊατρικές εφαρμογές

Abstract

Τhe high mortality rate of patients suffering from large surface burns (70% of total body surface area) and the high cost of wound management / care, render the development of patches through simple and economical synthetic routes, imperative.The natural polymers chitosan, fish gelatin and chondroitin sulfate were utilized for the development of the hydrogels, while the use of glycerol was found to be necessary for the overall improvement of the materials’ properties. To further improve some of the properties, heat treatment was performed, leading to the acquisition of materials with excellent characteristics (reduction of the degradation rate and improvement of cell proliferation). Freeze-drying was also performed to obtain a porous scaffold. The materials synthesized in the present dissertation were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA) and scanning electron microscopy (SEM). Water absorption, degradation rate and water loss studies were also took place. In addition, antibiotics (tetracycline hydrochloride and silver sulfadiazine) were incorporated into the hydrogels, which were further dipped in essential oils (oregano and thyme) to enhance antimicrobial properties. Finally, in vitro endothelial cell colonization tests were carried out on hydrogels with the aim of firstly studying the presence of a cytotoxic agent and subsequently study the cell adhesion and proliferation on the hydrogel membranes. The results of the inhibition zone (antimicrobial tests) as well as the cell attachment and proliferation (in vitro endothelial cell colonization tests) indicate that the hydrogel membranes could be potential biomaterials in wound healing/care applications (protection against bacteria, providing a moist environment etc.).

Το υψηλό ποσοστό θανάτων ασθενών που υποφέρουν από εγκαύματα μεγάλης επιφάνειας (70 % της συνολικής επιφάνειας του σώματος) και το υψηλό κόστος διαχείρισης/φροντίδας των τραυμάτων, καθιστούν την ανάπτυξη επιθεμάτων μέσω απλών και οικονομικών συνθετικών διαδικασιών, επιτακτική.Για την ανάπτυξη των υδροπηκτών χρησιμοποιήθηκαν τα φυσικά πολυμερή χιτοζάνη, ζελατίνη ιχθύων και θειϊκή χονδροϊτίνη ενώ η χρήση της γλυκερόλης κρίθηκε αναγκαία για τη συνολική βελτίωση των ιδιοτήτων των υλικών. Για περαιτέρω βελτίωση μέρους των ιδιοτήτων, πραγματοποιήθηκε θερμική κατεργασία, οδηγώντας σε λήψη υλικών με εξαιρετικές ιδιότητες (μείωση του ρυθμού αποδόμησης και βελτίωση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού). Επίσης με σκοπό τη λήψη πορώδους υλικού πραγματοποιήθηκε λυοφιλίωση. Τα υλικά που συντέθηκαν στα πλαίσια της διατριβής, χαρακτηρίστηκαν μέσω φασματοσκοπίας υπερύθρου (FTIR), περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD), θερμικής-σταθμικής ανάλυσης (TGA), δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA) και ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM). Πραγματοποιήθηκαν μελέτες απορρόφησης νερού, ρυθμού αποδόμησης και απώλειας νερού. Επιπρόσθετα, ενσωματώθηκαν στις υδροπηκτές αντιβιοτικά (υδροχλωρική τετρακυκλίνη και αργυρούχος σουλφαδιαζίνη) και εμβαπτίστηκαν με αιθέρια έλαια (ρίγανης και θυμαριού) με σκοπό να προσδοθούν αντιμικροβιακές ιδιότητες. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν in vitro δοκιμές εποίκησης ενδοθηλιακών κυττάρων στις υδροπηκτές με σκοπό αρχικά τη μελέτη ύπαρξης κυτταροτοξικού παράγοντα και στη συνέχεια της κυτταρικής προσκόλλησης και πολλαπλασιασμού. Τα αποτελέσματα της ζώνης αναστολής (δοκιμές αντιμικροβιακής δραστικότητας) όπως επίσης και αυτά της κυτταρικής προσκόλλησης και του κυτταρικού πολλαπλασιασμού (in vitro δοκιμές εποίκησης ενδοθηλιακών κυττάρων στις υδροπηκτές), υποδεικνύουν ότι οι υδροπηκτές μπορούν πιθανώς να χρησιμοποιηθούν ως βιοϋλικά στον τομέα της επούλωσης/φροντίδας τραυμάτων (προστασία από βακτήρια, παροχή υγρού περιβάλλοντος κ.τ.λ.).