Biomateriały implantacyjne dotowane srebrem – próby wstępne. Cz.2 – Materiały kalcytowe

• Autorzy: Jaegerman Z. , Michałowski S. , Ciołek L. , Wiśniewski Z.

Warianty tytułu

EN

Silver containing biomaterials – preliminary studies. Part 2 – Calcite implants

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejszy artykuł jest kontynuacją opisu badań biomateriałów dotowanych srebrem, który został zamieszczony w poprzednim (22) numerze „Prac Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych”. Głównym celem prac badawczych było opracowanie wstępnych założeń otrzymywania wszczepialnych materiałów kalcytowych wykazujących działanie przeciwbakteryjne. Do przygotowania materiałów kalcytowych wykorzystano tworzywo ceramiczne na bazie węglanu wapnia, a jako źródła nanosrebra użyto dwóch rodzajów bioszkieł ze srebrem, opracowanych w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych. Do badań przygotowano 8 próbek tworzyw kalcytowych zawierających różne ilości bioszkieł. Oznaczono ich gęstość pozorną, porowatość całkowitą i wytrzymałość na ściskanie. Wykonano badania mikrostruktury przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego oraz badania działania przeciwbakteryjnego z wykorzystaniem bakterii Pseudomonas aeruginosa oraz Staphylococcus aureus. Przeprowadzone badania pokazały, że zarówno ilość, jak i rodzaj dodawanego bioszkła mają wpływ na właściwości fizyczne materiałów. Obserwacje mikrostruktury materiałów zawierających bioszkła wykazały, że ziarna bioszkieł w temperaturze spiekania materiału kalcytowego (510°C) nie łączą się z ziarnami kalcytowymi. Zjawisko to może być jedną z przyczyn obniżania wytrzymałości na ściskanie ze wzrostem zawartości bioszkła w materiale. Wyniki badania bakteriobójczości wskazały na zdecydowane obniżenie ilości bakterii dla obu materiałów kalcytowych w stosunku do hodowli kontrolnej w każdym okresie inkubacji. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowana metoda dotowania materiałów kalcytowych srebrem pozwala na otrzymanie materiałów wykazujących działanie przeciwbakteryjne.

EN

The article is the continuation of description of research on silver containing biomaterials, published in the previous issue of „Prace ICiMB”. The main objective of the research was to develop initial assumptions on the production of calcite implants showing antibacterial activity. Ceramic material based on calcium carbonate, as well as two types of silver containing bioglasses developed in ICiMB were used in the preparation of calcite materials. Eight test calcite samples containing different amounts of bioglasses were prepared. Apparent density, total porosity and compressive strength were determined. Analysis of materials microstructure using scanning electron microscopy and study of antimicrobial activity using Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus bacteria were performed. The studies showed that both the content and type of bioglass affect the physical properties of the materials. Microscopic observations showed that grains of bioglass do not sinter in the temperature of 510°C, that corresponds to the sintering temperature of calcite material. This phenomenon can be one of the reasons that compressive strength decreases with the increase of the content of bioglass in the material. Analysis of bactericidal effect showed a significant reduction of the bacteria count for both calcite materials in comparison to the control culture, at all periods of incubation. The results of the study have shown that the method of silver doping of calcite materials allows to obtain implants with antibacterial activity.

Słowa kluczowe

PL

implant; biomateriał; węglan wapnia; kalcyt; bakteriobójczość; nanosrebro

EN

implant; biomaterial; calcium carbonate; calcite; antimicrobial activity; nanosilver

• Wydawca: Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o.
• Czasopismo: Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 8, nr 23
• Strony: 28--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jaegerman Z.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Michałowski S.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Ciołek L.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Wiśniewski Z.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

Bibliografia

• [1] Jaegermann Z., Michałowski S., Ciołek L., Wiśniewski Z., Biomateriały implantacyjne dotowane srebrem – próby wstępne. Część 1 – Materiały gipsowe, „Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych” 2015, nr 22, s. 23–33.
• [2] Mousset B. et al., Biodegradable implants for potential use in bone infection, „International Orthopaedics (SICOT)” 1995, Vol. 19, s. 157–161.
• [3] Dacquet V. et al., Antibiotic-impregnated plaster of paris beads – trials with teicoplanin, „Clinal Orthopaedics and Related Research” 1992, Vol. 282, s. 241–249.
• [4] Landi E. et al., Calcium phosphate ceramics as drug-delivery system for anticancer therapy, „Bioceramics 13, Key Engineering Materials” 2001, Vol. 192/195, s. 901–904.
• [5] Gautier H. et al., Isostatic compresion, a new process for incorporating vancomycin into biphasic calcium phosphate: comparison with a classical method, „Biomaterials” 2000, Vol. 21, s. 243–249.
• [6] Yu D. et al., Self-setting hydroxyapatite cement: A novel skeletal drug-delivery system for antibiotics, „Journal of Pharmaceutical Sciences” 1992, Vol. 81, No. 6, s. 529–536.
• [7] Solberg B.D. et al., Efficacy of gentamycin-impregnated resorbable hydoxyapatite cement in treating osteomyelitis in a rat model, „Journal of Orthopaedic Trauma” 1999, Vol. 13, No. 2, s. 102–106.
• [8] Ślósarczyk A. et al., The pentoxifilline release from drug-loaded hydroxyapatite implants, „Biomaterials” 2000, Vol. 21, s. 1215–1221.
• [9] Kawanabe K. et al., Treatment of osteomyelitis with antibiotic-soaked porous glass ceramic, „Journal of Bone and Joint Surgeryn” 1998, Vol. 80-B, No. 3, s. 527–530.
• [10] Kanellakopoulou K. et al., Lactic acid polymers as biodegradable carriers of fluoroquinolones: An in vitro study, „Antimicrobial Agents Chemotherapy” 1999, Vol. 43, s. 714–716.
• [11] Liu S.J. et al., In vitro elution of vancomycin from biodegradable beads, „Journal of Biomedical Materials Research” 1999, Vol. 48, No. 5, s. 613–620.
• [12] Burd T.A. et al., In vitro elution of tobramycin from bioabsorbable polycaprolactone beads, „Journal of Orthopaedic Trauma” 2001, Vol. 15, No. 6, s. 424–428.
• [13] Yagmurlu M.F. et al., Sulbactam-cefoperazone polyhydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate (PHBV) local antibiotic delivery system: In vivo effectiveness and biocompatibility in the treatment of implant-related experimental osteomyelitis, „Journal of Biomedical Materials Research” 1999, Vol. 46, No. 4, s. 494–503.
• [14] Korkusuz F. et al., In vivo response to biodegradable controlled antibiotic release system, „Journal of Biomedical Materials Research” 2001, Vol. 55, s. 217–228.
• [15] Stemberger A. et al., Local treatment of bone and soft tissue infections with the collagen-gentamycin sponge, „European of Journal Surgery” 1997, Vol. 163, Supl. 578, s. 17–26.
• [16] Polesiński Z., Karaś J., Jaegermann Z., Ceramiczne wszczepy antybakteryjne, „Szkło i Ceramika” 2003, nr 1, s. 2–9.
• [17] Lewandowski R., Grzybowski J., Karaś J., Jaegermann Z., Polesiński Z., Kinetyka uwalniania antybiotyków z implantów ceramicznych, „Polimery w Medycynie” 2003, nr 3, s. 3–11.
• [18] Paluch D., Pielka S., Solski L., Karaś J., Jaegermann Z., Michałowski S., Badania działania cytotoksycznego porowatych implantów korundowych z dodatkiem antybiotyku, „Inżynieria Biomateriałów” 2004, nr 37, s. 39–41.
• [19] Ciołek L., Karaś J., Badania właściwości fizykochemicznych bioszkieł domieszkowanych srebrem wytwarzanych metodą zol-żel, „Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych” 2009, nr 3, s. 13–25.
• [20] Ciołek L., Karaś J., Badania właściwości fizykochemicznych i biologicznych in vitro bioszkieł ze srebrem wytworzonych metodą zol-żel, „Szkło i Ceramika” 2010, nr 1, s. 2–6.
• [21] Ciołek L., Szamałek K., Karaś J., In vitro Studies of Antibacterial Activity of Bioglasses Relasing Ag+2, „Key Engineering Materials” 2012, Vol. 23, No. 493/494, s. 108–113.
• [22] Ciołek L., Karaś J., Olszyna A., Badania bioaktywności i cytotoksyczności in vitro bioszkieł z układu SiO2-CaO wytworzonych metodą zol-żel z zastosowaniem silanów, „Engineering of Biomaterials” 2013, Vol. 119, s. 21–26.
• [23] Guillemin et al., The use of coral as a bone graft substitute, „Journal of Biomedical Materials Research” 1987, Vol. 21, s. 557–567.
• [24] Oghushi et al., Bone formation process in porous calcium carbonate and hydroxyapatite, „Journal of Biomedical Materials Research” 1992, Vol. 26, s. 885–895.
• [25] Urabe K. et al., Effect of additives on the pressureless sintering of calcite, „Journal of the Ceramic Society Japan” 1995, Vol. 103, s. 1097–1098.
• [26] Teterd F. et al., Sintering of Li2CO3 – doped CaCO3, „Ceramic Transactions” 1995, Vol. 51, s. 561–565.
• [27] Zhou G.T., Zheng Y.F., Synthesis of aragonite-type calcium carbonate by over growth technique at atmospheric pressure, „Journal of Materials Science Leters” 1998, Vol. 17, s. 905–908.
• [28] Chróścicka A., Woźniak P., Olkowski R., Lewandowska-Szumieł M., Michałowski S., Jaegermann Z., Karaś J., Human fibroblasts and osteoblasts in contact with calcium carbonates, „Engineering of Biomaterials” 2004, Vol. 38/42, s. 39–41.
• [29] Michałowski S., Jaegermann Z., Karaś J., Properties of calcite materials for cell culture scaffolds, „Engineering of Biomaterials” 2004, Vol. 38/42, s. 94–96.
• [30] Chróścicka A., Jaegermann Z., Wójtowicz J., Ratajska A., Sadło J., Wychowański P., Hoser G., Michałowski S., Przybylski J., Lewandowska-Szumieł M., Promising calcite-based tissue engineered product for bone, „Tissue Engineering Part A” 2008, Vol. 14, s. 900.
• [31] Cieślik M., Adwent M., Skowronek J., Orlicki R., Jaegermann Z., Duda M., Sabat D., Cieślik T., Healing of the bone defect filled with calcium carbonate – experimental studies, „Polish Journal of Environmental Studies” 2009, Vol. 18, No. 6A, s. 80–83.
• [32] Michałowski S., Jaegermann Z., Karaś J., The influence of chemical composition and sintering parameters on the properties of calcite materials, „Engineering of Biomaterials” 2005, Vol. 47/53, s. 28–30.
• [33] Ciołek L., Karaś J., Olszyna A., Traczyk S., New silver-containing bioglasses, „Engineering of Biomaterials” 2008, Vol. 77/80, s. 25–27.