Procesiranje i karakterizacija polimernih nanovlakana sa antimikrobnim efektom za prevenciju infekcija izazvanih kateterizacijom urinarnog trakta

Abstract

U ovoj doktorskoj disertaciji razvijeni su polimerni materijali, nosači biološki aktivnih supstanci namenjeni za oblaganje urinarnih katetera. Poli(ε-kaprolakton) (PCL) nanovlakna sa antibiotikom cefazolinom su procesirana pomoću tri metode elektropredenja. Dobijeni nanovlakanasti matovi su otpuštali lek različitom dinamikom i za 30 dana oslobođeno je ~68 %, ~43 % i ~5 % iz nanovlaknastih matova dobijenih elektropredenjem iz rastvora, koaksijalnim i emulzionim elektropredenjem, redom. Nanovlakna sa cefazolinom su pokazala antibakterijsko dejstvo prema S. aureus i E. coli. Razvijeni su i PCL nanovlaknasti matovi korišćenjem metode elektropredenja iz rastvora sa četiri koncentracije ekstrakta hajdučke trave. Korišćenjem statistički planiranog eksperimenta optimizovani su uslovi sušenja raspršivanjem za dobijanje suvog ekstrakta podesnog za inkorporaciju u polimerni materijal. Sušenje je izvedeno na temperaturi od 130 °C, pri brzini protoka tečnog ekstrakta od 7,5 ml/min sa 1,2 % sadržaja suve materije. Do 98 % inkorporiranih polifenola hajdučke trave oslobođeno je iz PCL nanovlakana tokom pet dana. Nanovlaknasti matovi su pokazali antioksidativnu i antibakterijsku aktivnost prema S. aureus. Dodatak ekstrakta hajdučke trave poboljšao je mehanička svojstva PCL nanovlaknastih matova, evidentno kroz povećanje Jungovog modula elastičnosti (do 5,7 puta), zatezne čvrstoće (do 5,5 puta) i prekidne deformacije (do 1,45 puta). Silikonski i gumeni kateteri obloženi PCL nanovlaknastim matovima sa cefazolinom ili ekstraktom hajdučke trave uz adheziv n-butil-2-cijanoakrilat pokazali su dobru mehaničku stabilnost i antibakterijsku aktivnost. U disertaciju su razvijeni materijali pogodni za dobijenje obloženih katetera koji mogu da spreče razvoj bakterija i infekcije urinarnog trakta.

Polymeric materials, carriers of biologically active substances, intended for the production of urinary catheter coatings were developed in this doctoral thesis. Poly(ε-caprolactone) (PCL) nanofibers with antibiotic cefazolin were produced by using three electrospinning methods. The obtained nanofiber mats showed different dynamics of drug release. After a period of 30 days ~68%, ~43% and ~5% of the drug was released from the nanofiber mats obtained by blend electrospinning, co-axial and emulsion electrospinning, respectively. PCL nanofibers with cefazolin suppressed the growth of S. aureus and E. coli. Moreover, PCL nanofiber mats containing four different concentrations of yarrow extract were processed by using blend electrospinning. Spray drying parameters for obtaining dry yarrow extract, which is suitable for incorporation in a polymeric material, were optimized in a statistically planned experiment. The drying was performed at 130 °C, with a liquid extract (1.2 % of dry matter content) flow rate of 7.5 ml/min. Up to 98 % of the total polyphenols were released from the electrospun PCL nanofibers after a period of five days. Nanofiber mats showed antioxidant and antibacterial activity against S. aureus. The addition of yarrow extract improved mechanical properties of PCL nanofibers, evident by an increase in Young’s modulus of elasticity (up to 5.7 fold), the tensile strength (up to 5.5 fold), and the strain at break (up to 1.45 fold). Silicone and rubber catheters were coated wtih PCL nanofiber mats with cefazolin or yarrow by using adhesive n-butyl-2-cyanoacrylate. The coated catheters showed good mechanical stability and antibacterial activity. The materials are suitable for production of coated catheters that could prevent urinary tract infections.