Obiekt
Tytuł: Funkcjonalizacja powierzchni rurki tracheostomijnej z poli(chlorku winylu) w kierunku zapobiegania wzrostu biofilmu bakteryjnego do zastosowań u pacjentów poddanych zabiegowi tracheotomii
Abstrakt:
Wstęp Zabieg tracheostomii tj. otwarcie przedniej ściany tchawicy najczęściej wykonywany jest u pacjentów z niedrożnością górnego odcinka dróg oddechowych lub koniecznością prowadzenia przedłużonej respiratoroterapii. Do zabezpieczenia dróg oddechowych najczęściej stosowana jest rurka tracheostomijna wykonana z poli(chlorku winylu). W medycynie wykorzystywany jest w postaci plastyfikowanej do produkcji m.in. drenów, cewników, pojemników na krew i płyny infuzyjne, rurek intubacyjnych oraz rurek tracheostomijnych. Ze względu na szerokie zastosowanie tego polimeru w praktyce klinicznej stanowi on istotny materiał również w badaniach naukowych. Jednym z ciekawych zagadnień badawczych jest funkcjonalizacja powierzchni polimeru nanocząstkami leków. Udowodniono, że nanocząstki antybiotyków zastosowane podczas implantacji wszczepów stosowanych w ortopedii czy chirurgii szczękowo-twarzowej zmniejszają liczbę pooperacyjnych powikłań infekcyjnych. Wprowadzenie nanocząstek do polimeru stanowi jedną ze strategii miejscowego uwalniania leków celem zmniejszenia toksyczności ogólnoustrojowej. W literaturze naukowej opisującej badania nad sprzętem medycznego niewiele miejsca poświęcono rurkom tracheostomijnym. Stwarza to pole do dalszych badań, szczególnie w aspekcie funkcjonalizacji materiału polimerowego nanocząstkami antybiotyku. Przeciwdrobnoustrojowe właściwości biomateriałów stosowanyc ; h u pacjentów mają duże znaczenie w zapobieganiu miejscowym i ogólnym powikłaniom wynikającym z rozwoju biofilmu bakteryjnego na ich powierzchni. Biofilm stanowi rezerwuar bakterii patogennych, które często są odpowiedzialne za wywoływanie zakażeń wśród chorych. W niniejszej rozprawie doktorskiej zostały poddane analizie mikrobiologicznej i fizykochemicznej rurki tracheostomijne z poli(chlorku winylu) pochodzące od pacjentów je użytkujących. Następnie przy użyciu metod chemicznych spełniających zasady „green chemistry”, opracowano nowy rodzaj funkcjonalizowanej powierzchni polimerowej, która w przyszłości może posłużyć do wytworzenia nowej rurki tracheostomijnej o właściwościach antybakteryjnych. Cel pracy Celem przewodnim niniejszej pracy doktorskiej było opracowanie sfunkcjonalizowanej powierzchni poli(chlorku winylu),z którego zbudowana jest rurka tracheostomijna, nanocząstkami antybiotyku –gentamycyny. Taka funkcjonalizacja ukierunkowana była na spowalnianie bądź zahamowanie procesu tworzenia się biofilmu bakteryjnego, a jednocześnie zachowanie dobrych parametrów użytkowych ze szczególnym uwzględnieniem biozgodności w kontakcie z tkankami pacjenta. Cele szczegółowe pracy doktorskiej podzielono na 3 wątki badawcze: 1) Określenie profilu bakterii tworzących biofilm na powierzchni rurek tracheostomijnych użytkowanych przez pacjentów poddanych zabiegowi tracheotomii wraz z ; oceną lekooporności wyizolowanych drobnoustrojów na antybiotyki. 2) Dwuetapowa funkcjonalizacja powierzchni poli(chlorku winylu): wprowadzenie tlenowych grup funkcyjnych (wykorzystując plazmę tlenową),nanocząstek gentamycyny(stosując metodę sonochemiczną) oraz kompleksowa charakterystyka fizykochemiczna badanych układów. 3) Ocena skuteczności funkcjonalizacji powierzchni i jej wpływu na wzrost biofilmu bakteryjnego przy wykorzystaniu szczepów referencyjnych Staphylococcus aureus i Escherichia coli. Ocena cytotoksyczności otrzymywanych biomateriałów z wykorzystaniem linii komórkowej 549. Materiały i metody Okres badań trwał od czerwca 2018 r. do marca 2020 r. Na prowadzenie badań uzyskano zgodę Komisji Bioetycznej nr. Pacjentów do badania rekrutowano w 5 Wojskowym Szpitalu z Polikliniką w Krakowie. W badaniu wzięło udział 10 kobiet i 35 mężczyzn. Wszyscy pacjenci byli starsi niż 18 lat ze średnią wieku 67,9 lat (zakres 36-89 lat) i użytkowali rurkę tracheostomijną przez co najmniej 24 godziny. Z zebranego materiału wykonano konwencjonalne posiewy mikrobiologiczne wraz z oceną lekooporności szczepów bakteryjnych. Materiał do badań eksperymentalnych w zakresie fizykochemii stanowiły sterylnie zapakowane krążki o wymiarach 15 mm średnicy i 2 mm grubości, wycięte z tego samego materiału z jakiego wykonywane są rurki tracheostomijne z poli(chlorku winylu). Powierzchnię krążków ; funkcjonalizowano za pomocą plazmy tlenowej, a następnie formowano i natychmiastowo osadzono sonochemicznie nanocząsteczki gentamycyny. Uzyskane powierzchnie scharakteryzowano za pomocą AFM, WCA, NTA, FTIR i oceniono pod kątem cytotoksyczności za pomocą linii komórkowej A549 (ATCC CCL-185) oraz adhezji bakteryjnej za pomocą referencyjnych szczepów S. aureus (ATCC® 25923™) i E. coli (ATCC® 25922™). Ocenę cytotoksyczności gentamycyny przeprowadzono przy zastosowaniu protokołu MTT. Do obrazowania efektu cytotoksycznego wykorzystano metody mikroskopii optycznej, SEM i metodę LIVE/DEAD z użyciem mikroskopii fluorescencyjnej Wyniki Wszystkie rurki tracheostomijne uzyskane od pacjentów były dodatnie w posiewach. Łącznie wyizolowano i zidentyfikowano 58 izolatów (10 gatunków). W niniejszej pracy do dalszej analizy włączono bakterie z grupy PPM (ang. Potentialy pathogenic microorganisms) natomiast wyłączono bakterie powszechnie uznane za mikrobiotę fizjologiczną. Wśród Gram-dodatnich PPM badaniom poddano 16 izolatów z gatunku Staphylococcus aureus (zidentyfikowane u 35,5% pacjentów). W przypadku Gram-ujemnych PPM wyizolowano łącznie 9 różnych gatunków(42 izolaty), przy czym aż 76,2% (32 izolaty) zidentyfikowanych bakterii to przedstawiciele z rzędu Enterobacterales (rodzina Enterobacteriaceae), a następnie niefermentujące Gram-ujemne bakterie (ang. Non-fermenting Gram-negative bacter ; ia-NFGNB), w tym Pseudomonas aeruginosa (n=5, zidentyfikowane w 11,9%), Stenotrophomonas maltophilia (n=4, u 9,5% pacjentów) i Acinetobacter baumani (n=1, u 2,4%), które stanowiły pozostałe 23,8% badanych izolatów (Ryc. 12). Wśród Enterobacterales, Klebsiella pneumoniae była najczęściej wykrywaną bakterią (n=10, zidentyfikowana w 23,8% pacjentów), a następnie Enterobacter cloacae (n=7, u 16,7% pacjentów); Escherichia coli (n=7, u 16,7% pacjentów), Proteus spp. (n=4, u 9,5% pacjentów); Serratia marcescens (n=2, u 4,8% pacjentów) i Serratia liquefaciens (n=2, u 4,8% pacjentów). PVC przed modyfikacją posiada kąt zwilżania 86±2 stopnia. Zwilżalność stanowi jeden z kluczowych czynników mających wpływ adhezję bakterii Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń ustalono, że optymalne parametry do modyfikacji powierzchni PVC plazmą tlenową to: 50W oraz 0,2 mbar 180 sek. Najniższy kąt zwilżania przy wybranych parametrach wynosił 32 ±2 stopnie. Jednoetapową syntezę nanocząstek gentamycyny i ich depozycję na powierzchni PVC przeprowadzono zgodnie ze znanymi schematami opracowanymi przez Grupę Chemii Powierzchni UJ. Obecność antybiotyku na powierzchni potwierdzono przy użyciu FTIR lokalizując wiązania charakterystyczne dla gentamycyny oraz oceniono profil jej uwalniania z powierzchni (metoda OPA). Do oceny cytotoksyczności nanocząstek gentamycyny wykorzystano linię komórkową A549 (gruczol ; ak płuc). IC-50 oceniono w 2 interwałach czasowych (1 i 24-godzinnym) ustalając jego wartość na poziomie 1,25 mg/200 μl (6,25 mg/1 ml). Największy spadek żywych komórek zaobserwowano po przekroczeniu stężenia 0,31 mg /200 μl (1,55 mg/1 ml) z 95% do 60% przy stężeniu 0,63 mg/200 μl (3,15 mg/1 ml). Dodatkowo efekt cytotoksyczny obrazowano przy pomocy mikroskopii optycznej i SEM. Ocenę cytotoksyczności funkcjonalizowanej powierzchni przeprowadzono przy pomocy podwójnego barwienia LIVE/DEAD i wykorzystaniu mikroskopii fluorescencyjnej. W przeprowadzonym badaniu oceny cytotoksyczności na linii komórkowej A549 nie zaobserwowano znacznego wpływu sfunkcjonalizowanych powierzchni na śmiertelność komórek. Do sprawdzenia powierzchni pod kątem adhezji bakterii użyto wzorcowe szczepy Staphylococcus aureus ATCC 25923(przedstawiciel bakterii Gram-dodatnich) oraz Escherichia coli ATCC 25922 (przedstawiciel bakterii Gram-ujemnych). Zastosowanie nanocząsteczek gentamycyny znacząco zmniejsza adhezję kolonii bakteryjnych na powierzchni rurki tracheostomijnej dla S. aureus z 6E+05 CFU/ml do 5E+03 CFU/ml oraz dla E. coli od 1,655+05 CFU/ml do 2E+01 CFU/ml. Wynik jest istotny statystycznie (p<0.001). Wnioski W niniejszej pracy doktorskiej wykorzystano szereg eksperymentów z zakresu chemii powierzchni i mikrobiologii, aby poprawić właściwości powierzchni PVC do zastosowań u pacjentów z tracheosto ; mią. Wybrane metody pozwoliły na opracowanie nowatorskiej sfunkcjonalizowanej powierzchni PVC o właściwościach biozgodnych z tkankami oraz wykazującej właściwości przeciwdrobnoustrojowe. Badania przeprowadzono zgodnie z zasadami „green chemistry” – metody mają być proste, bardziej opłacalne ekonomiczne, a przede wszystkim przyjazne dla środowiska.
Miejsce wydania:
Stopień studiów:
Instytucja nadająca tytuł:
Rada Dyscypliny Nauki medyczne
Promotor:
Brzychczy-Włoch, Monika ; Kotarba, Andrzej
Data wydania:
Identyfikator:
Język:
Prawa dostępu:
Kolekcje, do których przypisany jest obiekt:
Data ostatniej modyfikacji:
8 mar 2024
Data dodania obiektu:
8 mar 2024
Liczba wyświetleń treści obiektu:
1
Liczba wyświetleń treści obiektu w formacie PDF
1
Wszystkie dostępne wersje tego obiektu:
http://dl.cm-uj.krakow.pl:8080/publication/5053
Wyświetl opis w formacie RDF:
Wyświetl opis w formacie OAI-PMH:
| Nazwa wydania | Data |
|---|---|
| UJCMa55ed368ed1349e5aff4769db1aca093 | 8 mar 2024 |
Obiekty
Podobne
Ścibik, Łukasz
