89-91 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

198 wprowadzenie
Częstą przyczyną niepowodzenia zabiegów operacyjnych
związanych z implantacją jest pojawienie się komplikacji
pooperacyjnych wywołanych powstaniem infekcji
bakteryjnych w miejscu wprowadzenia wszczepu. Celem
obniżenia ryzyka pojawienia się zakażenia proponuje się
modyfikacje biomateriałów antybiotykami lub środkami
antyseptycznymi. Jednakże działanie kuracji antybiotykowej
może prowadzić do wystąpienia zjawiska oporności
bakterii na zastosowany antybiotyk [1]. Prostym sposobem
pozwalającym na uzyskanie biomateriałów posiadających
funkcję bakteriostatyczną lub bakteriobójczą jest modyfikacja
materiału poprzez wprowadzenie środka antybakteryjnego.
Jednym z przykładów takiej modyfikacji może być
zastosowanie nanocząstek miedzi, złota, tytanu, cynku oraz
srebra [2]. Badania opisane w literaturze donoszą jednak,
że nanocząstki srebra wykazują największą skuteczność
wobec bakterii oraz innych mikroorganizmów [3].
Prezentowana praca miała na celu sprawdzenie czy
kompozyt na bazie polioksymetylenu modyfikowanego
nanoproszkiem srebra posiada funkcję bakteriobójczą przy
jednoczesnym zachowaniu biozgodności.
materiały i metody
W niniejszej pracy zastosowano komercyjnie dostępny
polioksymetylen – POM (ultraform® firmy BASF, Niemcy)
oraz nanoproszek srebra (firmy Sigma Aldrich) o rozmiarze
cząstek poniżej 100nm.
Materiały kompozytowe zostały wytworzone w procesie
obróbki termoplastycznej (wytłaczanie i wtrysk). W tym
celu polimer został wysuszony w temperaturze 80°C przez
okres dwóch godzin. Następnie POM oraz nanoproszek
srebra (0.5%wag) zhomogenizowano przy użyciu współbieżnej
wytłaczarki dwuślimakowej (PrISM Eurolab Digital).
Nanokompozyty w postaci wiosełek otrzymano przy użyciu
wtryskarki laboratoryjnej (DSM laboratory injection molding
machine).
Otrzymane materiały zostały poddane ocenie mikrostrukturalnej
(skaningowy mikroskop elektronowy (SEM, Jeol)
wraz z przystawką do analizy chemicznej w mikroobszarach
(EDS).
Materiały polimerowe POM oraz POM/Ag zostały pocięte
na kwadraty o boku (10mm x 10mm) i poddane sterylizacji
przy użyciu niskotemperaturowej plazmy (aparat Sterrad
120) z zastosowaniem pary nadtlenku wodoru w cyklu podwójnym
(2 x 45 minut). Tak przygotowane materiały zostały
poddane testom biologicznym (cytotoksyczność, aktywność
przeciwbakteryjna).
Badania oceniające aktywność przeciwbakteryjną
przeprowadzono w katedrze i Zakładzie Mikrobiologii
i Immunologii ŚuM w Zabrzu. Do testów zastosowano
wzorcowe szczepy bakterii Gram-dodatnich
Staphyloccocus aureus (ATCC 25923) i Gram-ujemnych
Escherichia coli (ATCC 25922). Materiały POM oraz
POM/Ag zostały wprowadzone do zawiesiny bakteryjnej
w wodzie tryptonowej o gęstości 0,75x10 5 CFu/ml
bakterii Staphyloccocus aures lub Escherichia coli. Następnie
zawiesiny inkubowano w warunkach statycznych
w temperaturze 37°C przez 17 godzin. Jako próbki odniesienia
(blank) wykorzystano wodę tryptonową zawierającą
odpowiednio bakterie Staphylococcus aureus lub Escherichia
coli w ilości 0,75x10 5 CFu/ml. ujemne próby kontrolne
stanowił: POM w wodzie tryptonowej, POM/Ag w wodzie
tryptonowej oraz sama woda tryptonowa. Po przeprowadzonej
inkubacji wysiewano po 10µL każdej próbki na podłoże
agarowe zawierające 5% dodatek krwi baraniej. Następnie
introduction
Surgical implantations often fail because of post-operative
complications caused by bacterial infections at the implant
site. To lower the risk of infection, it is recommended
to modify biomaterials with antibiotics and antiseptics.
however, intensive antibiotic therapy may lead to increased
resistance of selected bacteria to the applied antibiotics [1].
To produce biomaterials of bacteriostatic and bactericidal
properties, these may be modified by means of an antibacterial
agent. To this end, nanoparticles of copper, gold,
titanium, zinc and silver can be applied [2]. According to the
relevant literature data, silver nanoparticles exhibit higher
effectiveness against bacteria and other microorganisms
[3].
The purpose of this study was to verify whether the
composite based on polyoxymethylene modified with silver
nanopowder shows bactericidal properties without compromising
its biocompatibility.
materials and methods
Commercially available form of polyoxymethylene – POM
(ultraform®, BASF, Germany) and silver nanopowder
(Sigma Aldrich) of particle size below 100 nm were used
in the studies.
Composite materials were produced in thermoplastic
processing (extrusion and injection moulding). Polymer
was dried at 80°C for 2h. Next, POM and silver nanopowder
(0.5% by weight) were homogenised using a corotating twinscrew
extruder (PrISM Eurolab Digital). Nanocomposites
in the form of dumbbells were produced using a laboratory
injection moulding machine (DSM).
Microstructure of the produced materials was examined
(by means of scaning electron microscope (SEM, Jeol) with
an attachment for chemical analysis of specimen microareas
(EDS)).
POM and POM/Ag polymeric materials were cut to 10mm
x 10mm squares and sterilized using low-temperature plasma
(Sterrad 120 apparatus) with hydrogen peroxide vapour
in a double cycle (2 x 45 minutes). Next, the materials were
biologically tested (cytotoxicity, antibacterial activity).
Antibacterial activity was tested at the Chair and Department
of Microbiology and Immunology of the Medical university
of Silesia in Zabrze. Materials was examined with the
use of Gram-positive Staphyloccocus aureus (ATCC 25923)
and Gram-negative Escherichia coli (ATCC 25922) bacteria
strains. POM and POM/Ag materials were introduced to
bacterial suspension in tryptonic water, with colony-forming
bacteria density of 0.75x10 5 (CFu/ml) Staphyloccocus
aureus or Escherichia coli respectively. The suspensions
were then incubated under static conditions at 37°C for
17h. The respective bacteria of Staphyloccocus aureus or
Escherichia coli in tryptonic water were used as reference
specimens. POM in tryptonic water, POM/Ag in tryptonic
water and pure tryptonic water were used as negative
controls. After incubation, 10µL of each specimen was put
on 5% sheep blood agar plates. The plates were incubated
at 37°C for 24h. Two specimens were tested for each group
of materials. Antibacterial efficiency of tested materials was
determined according to Xiaoyi X et al. [4].
Tests of cellular interactions were performed at the Cell
Culture Centre of the Department of histology and Embryology
of the Wroclaw Medical university in compliance with
PN-EN ISO 10993-5 standard using direct contact method.
A reference cell line was applied – mouse fibroblasts 3T3/
Balb from the Tissue Bank at the Institute of Immunology
and Experimental Therapy, Polish Academy of Sciences