Mikrogranule hydroksyapatytowe pokrywane poli(D,L-laktydem) jako implant kostny i nośnik antybiotyku

• Autorzy: Jelonek A. , Skórska-Stania A. , Myciński P. , Zarzecka J.

Warianty tytułu

EN

Hydroxyapatite microspheres coated with poly(D,L-lactide) as bone filler and antibiotic delivery system

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Wciąż nie udało się otrzymać implantu kostnego, który charakteryzowałby się wysoką biozgodnością i bioaktywnością, osteokonduktywnością, odpowiednimi właściwościami mechanicznymi oraz dobrą poręcznością chirurgiczną. Dodatkową zaletą tego typu materiału powinna być możliwość dostarczenia antybiotyku w wybrane miejsce ludzkiego organizmu w celu zapobiegania rozwojowi potencjalnych infekcji związanych z jego wszczepianiem. Opracowano nowy kompozytowy nośnik leku, składający się z porowatych granul hydroksyapatytowych pokrywanych poli(D,L-laktydem) z klindamycyną, mający znaleźć zastosowanie jako implant kostny w chirurgii szczękowo-twarzowej. Właściwości materiałów wykorzystanych do produkcji implantu zostały zbadane z użyciem metodXRD, FTIR, BET oraz DSC. Rozmiar i morfologię granul (250-1000μm) określono za pomocą mikroskopii SEM. Technika ta posłużyła także do określenia rozmiaru (10-40 μm) oraz rozmieszczenia porów. Udział objętościowy porów został oszacowany za pomocą metody hydrostatycznej. Przygotowano cztery grupy granul z różną zawartością klindamycyny. Zbadano właściwości uwalniania (trwającego 15-22 dni) leku z warstwy polimerowej. Od pierwszej godziny, aż do końca eksperymentu, obserwowano aktywność bakteriobójczą uwolnionej klindamycyny. W przypadku dwóch grup granul przez pierwszych pięć dni szczep bakteryjny gronkowca złocistego wykazywał wrażliwość lub średnią wrażliwość na uwolniony lek. Przedstawione w niniejszej pracy wyniki badań dowodzą, że opisywany kompozyt może znaleźć zastosowanie jako potencjalny implant kostny i nośnik leków. Prowadzone są dalsze badania nad zaprezentowanym materiałem.

EN

The problem of developing the bone implant, characterized by high biocompatibility, bioactivity, osteoconductivity, suitable mechanical properties and good surgical handiness, is still not solved. Additional advantage of such material should be the capability of delivering an antibiotic to a chosen part of the human body in order to prevent occurrence of post-operative infections. A novel drug delivery system, composed of porous hydroxyapatite granules with poly(D,L-lactide) coating incorporating clindamycin, was engineered for use as a bone filler in oral and maxillofacial surgery. The properties of the materials, used to obtain the implant, were examined by the use of XRD, FTIR, BET and DSC methods. The size (250-1000μm) and morphology of granules were determined with SEM. This technique was also applied to investigate the size (10-40 μm) and distribution of pores. The solvent accessible pore volume was evaluated by the hydrostatic method. Four groups of granules with different concentrations of clindamycin were prepared. The properties of drug release (lasting 15 to 22 days) from the polylactide layer were studied. The antimicrobial activity of the released clindamycin was observed from the first hour till the end of the experiment. The Staphylococcus aureus strain was susceptible or intermediately susceptible to the released drug during first 5 days for two studied groups. These experimental results indicate that the studied composite material may be used as a potential bone implant and drug carrier. The described system is still under investigation.

Słowa kluczowe

PL

granule hydroksyapatytowe; polilaktyd; kompozyt; kontrolowane uwalnianie leków; implant kostny

EN

hydroxyapatite granules; polylactide; composite; controlled drug release; bone implant

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 16, no. 120
• Strony: 19--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jelonek A.

• Zakład Krystalochemii i Krystalofizyki, Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, ul. Ingardena 3, 30-060 Kraków

autor

Skórska-Stania A.

• Zakład Krystalochemii i Krystalofizyki, Wydział Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, ul. Ingardena 3, 30-060 Kraków

autor

Myciński P.

• Zakład Stomatologii Zachowawczej z Endodoncją, Instytut Stomatologii, Uniwersytet Jagielloński-Collegium Medicum, ul. Montelupich 4, 31-155 Kraków

autor

Zarzecka J.

• Zakład Stomatologii Zachowawczej z Endodoncją, Instytut Stomatologii, Uniwersytet Jagielloński-Collegium Medicum, ul. Montelupich 4, 31-155 Kraków

Bibliografia

• [1] Acosta-Torres L.S., Lopez-Marin L.M., Barcelo F.H., Castano V.M.: Bioengineering of Ceramics: Evolution, Challenges and Opportunities. In: Kumar S.A., Thiagarajan S. and Wang S.-F. (Editors) Biocompatible Nanomaterials: Synthesis, Characterization and Applications, Chapter 1, Nova Science Publishers Inc. New York (2010) 1-22.
• [2] Orlovskii V.P., Komlev V.S., Barinov S.M.: Hydroxyapatite and Hydroxyapatite-Based Ceramics. Inorganic Materials: 38 (2002) 973-984.
• [3] De Aza P.N.: Progress in Bioceramic Materials. In: Caruta B.M. (Editor): Ceramics and Composite Materials: New Research, Nova Science Publishers Inc. (2006) 101-132.
• [4] Sopyan I., Mel M., Ramesh S., Khalid K.A.: Porous hydroxyapatite for artificial bone applications. Science and Technology of Advanced Materials 8 (2007) 116-123.
• [5] Ślósarczyk A.: Biomateriały ceramiczne. In: Nałęcz M., Błażewicz S., Stoch L.: Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000. Tom 4. Biomateriały, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT Warszawa (2003) 99-149.
• [6] Hideto Tsuji, Yoshito Ikada: Blends of aliphatic polyesters. I. Physical properties and morphologies of solution-cast blends from poly(DL-lactide) and poly(E-caprolactone). Journal of Applied Polymer Science 60 (1996) 2367-2375.
• [7] Bendix D.: Chemical synthesis of polylactide and its copolymers for medical applications. Polymer Degradation and Stability 59 (1998) 129-135.
• [8] Weiler A., Hoffmann R.F., Stahelin A.C., Helling H.J., Sudkamp N.P.: Biodegradable implants in sports medicine: the biological base. Arthroscopy 16 (2000) 305-21.
• [9] Hakkarainen M., Finne-Wistrand A.: Update on Polylactide Based Materials. Smithers Rapra Technology (2011) 1-25.
• [10] Li Chun Lin, Shwu Jen Chang, Shyh Ming Kuo, Gregory Cheng-Chie Niu, Hao Kai Keng, Pei Hua Tsai: Preparation and evaluation of ß-TCP/polylactide microspheres as osteogenesis materials. Journal of Applied Polymer Science 108 (2008) 3210-3217.
• [11] Batchelor A.W., Chandrasekaran M.: Service Characteristics of Biomedical Materials and Implants (Series on Biomaterials and Bioengineering). Imperial College Press (2004) 38-39.
• [12] Brook I., Lewis M.A., Sandor G.K.B., Jeffcoat M., Samaranayake L.P., Vera Rojas J.: Clindamycin In Dentistry: More Than Just Effective Prophylaxis For Endocarditis? Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology, and Endodontology 100 (2005) 550-558.
• [13] Osaka A., Miura Y., Takeuchi K., Asada M. and Takahashi K.: Calcium apatite prepared from calcium hydroxide and orthophosphoric acid. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2 (1991) 51-55.
• [14] Komlev V.S., Barinov S.M., Koplik E.V.: A method to fabricate porous spherical hydroxyapatite granules intended for time-controlled drug release. Biomaterials 23 (2002) 3449-3454.
• [15] Paul W., Sharma C.P.: Development of Porous Spherical Hydro-xyapatite Granules: Application towards Protein Delivery. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 10 (1999) 383-388.
• [16] Ferraz M.P., Mateus, A.Y., Sousa J.C., Monteiro F.J.: Nanohydroxyapatite microspheres as delivery system for antibiotics: Release kinetics, antimicrobial activity, and interaction with osteoblasts. Journal of Biomedical Materials Research Part A 81 (2007) 994-1004.
• [17] Ślosarczyk A., Paluszkiewicz C., Gawlicki M., Paszkiewicz Z.: The FTIR Spectroscopy and QXRD Studies of Calcium Phosphate Based Materials Produced from the Powder Precursors with Different Ca/P Ratios. Ceramics International 23 (1997) 297-304.
• [18] Rehman I., Bonfield W.: Characterization of hydroxyapatite and carbonated apatite by photo acoustic FTIR spectroscopy. Journal of Material Science: Materials in Medicine 8 (1997) 1-4.
• [19] Joschek S., Nies B., Kortz R., Goopferich A.: Chemical and physicochemical characterization of porous hydroxyapatite ceramics made of natural bone. Biomaterials 21 (2000) 1645-58.
• [20] Middleton J.C., Tipton A.J.: Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices. Biomaterials 21 (2000) 2335-2346.
• [21] Parsons J., Ricci J.L., Alexander H., Bajpai P.K.: Osteoinductive Composite Grouts for Orthopedic Use. Bioceramics: Material Characteristics Versus in Vivo Behavior 523 (1988) 190-207.
• [22] Min-Ho Hong, Jun-Sik Son, Kwang-Mahn Kim, Myungho Han, Daniel S. Oh, Yong-Keun Lee: Drug-loaded porous spherical hydroxyapatite granules for bone regeneration. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 22 (2011) 349-355.
• [23] Tuli P., Farbod F., Beal B., Jackson I.T.: The use of hydroxyapatite granules for the correction of skeletal facial deformities. European Journal of Plastic Surgery 35 (2012) 203-208.
• [24] European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters Version 3.1, valid from 2013-02-11.

Uwagi

PL

Badania zostały zrealizowane z wykorzystaniem aparatury zakupionej ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (projekt POIG.02.01.00-12-023/08). Badanie metodą SEM zostało przeprowadzone w Laboratorium Mikroskopii Skaningowej z Emisją Polową i Mikroanalizy w Instytucie Nauk Geologicznych Uniwersytetu Jagiellońskiego.