Basit öğe kaydını göster

dc.contributor.advisorGüven, Olgun
dc.contributor.authorAtıcı, Ali Eren
dc.date.accessioned2020-09-17T10:34:10Z
dc.date.issued2020
dc.date.submitted2020-02-25
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/22714
dc.description.abstractAnnually over 1 million patients in the US receive total joint replacements. Ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) has been used as a load-bearing articular surface in majority of total joint arthroplasty. Periprosthetic infection (PJI) is the most threatening complication facing total joint patients. Although it occurs in 1-2% of cases, PJI is the reason of 30% of revisions and is a severe healthcare burden. Most importantly, PJI is tremendously painful and difficult for the patients. Recurrence of PJI prolongs the hospitalization with additional series of surgeries. With recurrence, treatment becomes less effective, some procedures such as arthrodesis amputation are often performed. Approaches are needed to improve the efficacy of PJI treatment. Irrigation and debridement (I&D), liner exchange, and one-stage revision are currently used options to treat PJI. The gold standard treatment is removal of all components and the placement of antibiotic-impregnated PMMA bone cement in the joint space in a first surgery, followed by the placement of all new implant components after an intended 6-8 weeks of antibiotic treatment. However, the bioavailability of systemic antibiotics in the bone/implant interface is very low and inefficient. On the other hand, patients are largely immobilized during treatment due to PMMA spacers not being able to bear the full weight of the patients. The 5-year success rates of I&D followed by liner exchange and two stage surgery are 38 % and 80 % of the time. As one strategy, therapeutic agents, such as antibiotics, can be incorporated into ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) implants typically used in total joint arthroplasty for local delivery of these therapeutic agents. Because of its superior mechanical strength and markedly improved wear resistance in comparison to bone cement UHMWPE is a better candidate than PMMA bone cement as an articulating spacer and a delivery device eluting antibiotic. Two important aspects have vital importance for an effective PJI treatment; appropriate dosage control and sustainable antibiotic treatment. They both require great attention otherwise could be devastating for patients and eventually turned into an immense public health problem. Antibiotic dosage control must be so delicate that it is not above toxicity levels and not below MIC which could lead to antibiotic resistance. Sustainable antibiotic release is essential for implants to avoid bacterial colonization which will fail patients to an additional joint replacement surgery. Therefore, it is vital to tailor a drug-releasing implant which ensures delicate dosage control and sustainable antibiotic release. The aim of this thesis is to functionalize nonpolar UHMWPE by grafting 2-hydroxyethyl methacrylate monomer and blend resulting copolymer (UHMPWE-g-PHEMA) with commonly used antibiotic, gentamicin sulfate. RAFT polymerization was also used to synthesize UHMWPE-g-PHEMA with controlled the molecular weight and the molecular weight distribution of PHEMA to control the rate and the sustainability of gentamicin sulfate release. Alterations in the chemical properties after grafting PHEMA to UHMWPE have been investigated by using surface characterization methods, ATR-FTIR, elemental analysis, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), contact angle. Subsequently, antibiotic release studies from antibiotic-loaded UHMWPE and UHMWPE-g-PHEMA (prepared by conventional polymerization or RAFT polymerization) were conducted. Antimicrobial efficacy of said polymers was tested in two ways: 1. Planktonic kill in the eluent media, 2. Anticolonizing properties of polymeric surfaces. Synthesized/prepared drug loaded polymers were tested to evaluate their mechanical strength and wear resistance by using tensile testing, IZOD impact testing and pin-on-disc wear testing. The graft copolymer of UHMWPE-g-PHEMA showed significant increase for the GS release rate in comparison to virgin UHMWPE. The antibacterial performance of UHMWPE-g-PHEMA became more effective in parallel with release rate improvement. HEMA grafting from UHMWPE reduced its mechanical properties such as ultimate tensile strength, elongation at break and IZOD impact strength. UHMWPE-g-PHEMA synthesized via UV-initiated RAFT polymerization increased the GS release rate in a more sustainable trend compared to copolymer prepared via conventional grafting. Thus, UHMWPE-g-PHEMA exhibited better planktonic bacterial kill and non-adherent surface.tr_TR
dc.language.isoentr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectUHMWPEtr_TR
dc.subjectUV initiated graftingtr_TR
dc.subjectRAFT polymerizationtr_TR
dc.subjectPeriprosthetic Joint Infectiontr_TR
dc.subjectKnee implanttr_TR
dc.subjectGentamicin sulfatetr_TR
dc.titleProviding Antimicrobial Property to Surfaces of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (Uhmwpe) Via Grafting By Uv Induced Raft Polymerizationtr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesistr_TR
dc.description.ozetABD’de yılda 1 milyondan fazla hastaya total eklem değişimi gerçekleştirilmektedir. Ultra molekül ağırlıklı polietilen (UMAPE), toplam eklem artroplastisinin çoğunda yük taşıyan eklem yüzeyi olarak kullanılmaktadır. Periprostetik eklem enfeksiyonu (PPEE) total eklem hastalarının karşılaştığı en tehdit edici komplikasyondur. Vakaların %1-2'sinde görülmesine rağmen, revizyonların % 30'unun nedeni PPEE’dir ve ciddi bir sağlık yüküdür. En önemlisi, PPEE hastalar için son derece acı verici ve zordur. Tekrarlanması durumunda hastanede yatış süresini uzatmaktadır. Tekrarlayan enfeksiyon vakalarında tedavi daha az etkili olur, genellikle kurtarma için artrodez amputasyonu gibi bazı prosedürler gerçekleştirilmektedir. PPEE tedavisinin etkinliğini arttırmak için bazı yaklaşımlara ihtiyaç vardır. Antiseptik su ile yıkama ve debridman, liner değişimi ve tek aşamalı revizyon şu anda PPEE tedavisinde kullanılan prosedürlerdir. Altın standart tedavi ise tüm protez bileşenlerinin çıkarılması ve ilk ameliyatta antibiyotik emdirilmiş PMMA kemik çimentosunun eklem boşluğuna yerleştirilmesi ve ardından 6-8 haftalık bir antibiyotik tedavisinden sonra tüm yeni protez bileşenlerinin yerleştirilmesidir. Fakat, kemik / implant arayüzündeki sistemik antibiyotiklerin biyoelverişliliği çok düşük ve verimsizdir. Ayrıca, PMMA aralayıcının hastaların tam ağırlığını taşıyamaması nedeniyle hastalar tedavi sırasında büyük ölçüde hareketsizleşmektedir. Bununla birlikte PPEE'yi ortadan kaldırmada 5 yıllık başarı oranı sırasıyla antiseptik su ile yıkama ve debridman ve liner değişiminin için % 38, altın standart olan iki aşamalı tedavi için % 80'dir. Başka bir strateji olarak, antibiyotikler gibi tedavi edici ajanlar, bu tedavi edici ajanların lokal salımı için tipik olarak toplam eklem artroplastisinde kullanılan ultra molekül ağırlıklı polietilen (UMAPE) implantların içerisine katılmaktadır. Üstün mekanik dayanımı ve kemik çimentosu ile karşılaştırıldığında belirgin şekilde geliştirilmiş aşınma direnci nedeniyle UMAPE, eklem aralayıcı olarak kullanılan PMMA kemik çimentosundan ve antibiyotikleri salan bir ilaç salım sisteminden daha iyi bir adaydır. Etkili bir PPEE tedavisi için iki önemli husus hayati öneme sahiptir; uygun doz kontrolü ve sürdürülebilir antibiyotik tedavisi. Her ikisi de büyük bir dikkat gerektirir, aksi takdirde hastalar için yıkıcı etkileri olabilir ve sonunda büyük bir halk sağlığı sorununa dönüşebilir. Antibiyotik doz kontrolü, antibiyotik direncine yol açabilecek toksisite seviyelerinin üzerinde ve minimum inhibitör konsantrasyonun altında olmayacak kadar hassas olmalıdır. Hastaların ek bir eklem değişim operasyonuna daha girmesini engellemek için, implantlarda bakteri kolonizasyonundan kaçınmak için sürdürülebilir antibiyotik salınımı şarttır. Bu nedenle, hassas doz kontrolü ve sürdürülebilir antibiyotik salınımı sağlayan bir ilaç salan implantın uyarlanması hayati önem taşır. Bu tezin amacı, polar yapıda olmayan UMAPE'ye 2-hidroksietil metakrilat monomeri aşılayarak elde edilen kopolimeri (UMAPE-g-PHEMA) yaygın olarak kullanılan bir antibiyotik olan, gentamisin sülfat ile harmanlayarak işlevselleştirmektir. RAFT polimerizasyonu, UMAPE-g-PHEMA’nın sentezinde PHEMA'nın molekül ağırlığı ve molekül ağırlığı dağılımını kontrol edebilmek ve gentamisin sülfatın salım oranını ve sürdürülebilirliğini kontrol etmek için kullanıldı. PHEMA'nın UMAPE’ye aşılanmasından sonra kimyasal özelliklerinde meydana gelen değişiklikler yüzey karakterizasyon yöntemleri, ATR-FTIR, elemental analizi, X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve temas açısı kullanılarak incelenmiştir. Daha sonra, antibiyotik yüklenen UMAPE ve UMAPE-g-PHEMA'dan (geleneksel polimerizasyon veya RAFT polimerizasyonu ile hazırlanan) antibiyotik salım çalışmaları gerçekleştirimiştir. Adı geçen polimerlerin antimikrobiyal etkinliği iki şekilde test edilmiştir: 1. Eluent ortamda planktonik öldürme, 2. Polimerik yüzeylerin antikolonize edici özellikleri. Sentezlenmiş/hazırlanmış ilaç yüklü polimerlerin çekme dayanımı ve aşınma direncini incelemeleri mekanik testler ve aşınma testleri yapılmıştır. UMAPE-g-PHEMA aşı kopolimeri GS salım oranını işlenmemiş UMAPE’ye kıyasla önemli miktarda arttırmıştır. UMAPE-g-PHEMA aşı kopolimerinin antibakteriyel performansı da salım oranındaki artışa parallel olarak daha etkili olmuştur. UMAPE’ye HEMA aşılanması azami çekme mukavemeti, kopmadaki uzama ve IZOD darbe dayanımı gibi mekanik özelliklerinin azalmasına sebep olmuştur. UV ile başlatılan RAFT polimerizasyonuyla sentezlenmiş UMAPE-g-PHEMA kopolimerler ise GS salımını geleneksel metodla aşılanarak hazırlanan kopolimere kıyasla daha sürdürülebilir şekilde artırmıştır. Böylelikle, UMAPE-g-PHEMA daha iyi planktonic bakteri öldürme ve yapışmaz yüzey özellikleri göstermiştir.tr_TR
dc.contributor.departmentKimyatr_TR
dc.embargo.termsAcik erisimtr_TR
dc.embargo.lift2020-09-17T10:34:10Z
dc.fundingYoktr_TR


Bu öğenin dosyaları:

Bu öğe aşağıdaki koleksiyon(lar)da görünmektedir.

Basit öğe kaydını göster

info:eu-repo/semantics/openAccess
Aksi belirtilmediği sürece bu öğenin lisansı: info:eu-repo/semantics/openAccess