Title
Razvoj novih antimikrobnih bioaktivnih kompozita za medicinsku primenu u terapiji rana
Creator
Osmokrović, Andrea, 1978- 33380455
Copyright date
2018
Object Links
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 28. 9. 2018.
Other responsibilities
mentor
Obradović, Bojana, 1966- 12722535
mentor
Šćepanović, Ljiljana, 1955- 12447847
član komisije
Milenković, Marina, 1963- 12630631
član komisije
Vukašinović-Sekulić, Maja, 1969- 12794983
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Alternative title
Development of new antimicrobial bioactive composites for medical application in wound treatment
Publisher
[A. Osmokrović]
Format
X, 191 listova
description
BIOMEDICINSKO INŽENJERSTVO / BIOMEDICAL ENGINEERING
Abstract (sr)
Danas, razvoj novih kompozitnih biomaterijala za medicinsku primenu u terapiji rana
bazira se na poznavanju različitih faktora povezanih sa procesom zarastanja i podrazumeva
rešavanje specifičnih problema koji prate hronične rane. Cilj ove doktorske disertacije bio je
razvoj novih kompozitnih hidrogelova na bazi alginata i čestica aktivnog uglja (AU) koji će u
potencijalnoj primeni u tretmanu rana ispoljiti više povoljnih efekata. Naime, cilj je bio razvoj
kompozita iz koga se, u dodiru sa biološkim fluidima, čestice AU kontrolisano i efikasno
otpuštaju tokom dužeg perioda. Pri tome, čestice AU mogu biti nosači različitih aktivnih
agenasa, dok bi alginatni hidrogel efikasno upijao vlagu. Kao model aktivne supstance izabrani
su povidon-jod (PVP-I) i lignin model jedinjenja (LMJ) kao agensi koji ispoljavaju antimikrobno
dejstvo.
Rezultati istraživanje su pokazali da su metodom ekstruzije uspešno dobijene kompozitne
Ca-alginatne čestice (CaA/AU) i to iz smeša alginata koncentracija u opsegu od 0,5 - 2 mas. % i
AU u opsegu od 1-20 mas. %. Ispitivanjem kinetike otpuštanja AU iz suvih CaA/AU čestica u
fiziološkom rastvoru utvrđeno je da je sastav optimalne smeše 0,5 mas. % alginata i 20 mas. %
AU. Kinetika otpuštanja AU je uspešno opisana modelom unutrašnje difuzije osim u slučaju
čestica dobijenih iz smeše optimalnog sastava gde je otpuštanje uzrokovano i erozijom čestica
što je opisano Korsmejer-Pepasovim modelom Ekstruzijom smeše optimalnog sastava u rastvor
za geliranje koji je sadržao jone cinka uspešno su dobjene i Zn0,5/V kompozitne čestice. Čestice
na bazi Ca- i Zn-alginata dobijene iz smeše optimalnog sastava (Ca- i Zn0,5/V čestice) su u
ii
fiziološkom rastvoru otpustile oko 50 - 60 % ukupnog sadržaja AU tokom perioda od 5 dana koji
je relevantan za tretman hroničnih rana. Ove čestice su zatim uspešno impregnirane prvom
model supstancom (PVP-I), a u ispitivanjima desorpcije utvrđeno je da je PVP-I čvrsto vezan za
čestice AU i da je stepen desorpcije u okolni alginatni matriks, kao i u fiziološki rastvor
zanemarljiv. Na čestice AU je takođe uspešno adsorbovana i druga model supstanca (LMJ) i
pokazano je da ne dolazi ni u ovom slučaju ne dolazi do desorpcije u fiziološkom rastvoru.
Kompozitne Ca- i Zn-alginatne čestice impregnirane sa PVP-I su pokazale izrazitu antimikrobnu
aktivnost u suspenzijama svih ispitivanih, standardnih i kliničkih sojeva mikroorganizama.
Antimikrobni efekat adsorbovanog joda se može pripisati direktnom kontaktu sa ćelijskom
membranom mikroorganizama što je u slučaju ispitivanih Gram pozitivnih i Gram negativnih
bakterija bilo dovoljno za baktericidni efekat, za razliku od gljivice C. albicans koja se pokazala
najotpornijom. Sa druge strane čestice AU sa adsorbovanim LMJ nisu pokazale antimikrobne
efekte u ispitivanim suspenzijama što zahteva dalja istraživanja mehanizma adsorpcije ovih
jedinjenja, kao i mehanizma njihovog antimikrobnog dejstva. Kompozitni Ca- i Zn-alginatni
hidrogelovi sa sadržanim česticama AU na kojima je adsorbovan PVP-I su pokazali potencijal
za primenu u oblogama za rane zbog efikasnosti, dostupnosti i širokog spektra dejstva joda, kao i
potencijalnog sinergističkog dejstva sa otpuštenim katjonima koji imaju pozitivan efekat na
zarastanje oštećenog tkiva.
Abstract (en)
Today, the development of new composite biomaterials for wound treatment application
is based on knowledge of different factors which affects the process of wound healing in order to
identify solutions for specific problems related to chronic wounds. The aim of this thesis was to
develop new composite hydrogels based on alginate and activated charcoal particles (AC) which
would show beneficial effects in potential wound treatment application. Specifically, the aim was
to develop composites which would during contact with biological fluids, release AC particles in
a controlled and efficient manner during a prolonged period of time. Simultaneously, AC
particles could be carriers of different active agents while alginate hydrogel would efficiently
absorb the fluids. Povidone-iodine (PVP-I) and lignin model compounds (LMC) were chosen as
model substances of active agents with antimicrobial activity.
The results showed that the composite Ca-alginate beads (CaA/AC) were successfully
obtained by extrusion method using mixtures of alginate in concentration range of 0.5-2 % w/w
and AC in a concentration range of 1-20 % w/w. The diffusion model was successfully applied
on the release kinetics experimental data of all groups of A/AC beads, except in the case of the
beads obtained from the mixture with the optimal composition. In this case, the release of AC
particles was a result of diffusion as well as erosion and the Korsmeyer-Peppas model was
successfully applied. Zn0.5/H composite beads were successfully obtained by extrusion of
optimal mixture in the gelling bath that contained Zn ions. The beads based on Ca- and Znalginate
obtained from the optimal mixture (Ca- and Zn0.5/H beads) released around 50-60 % of
iv
the total AC content during a 5 day period, which is a period relevant for chronic wound
treatment. These beads were successfully impregnated with the first model substance (PVP-I).
The desorption studies established that PVP-I was firmly adsorbed onto AC particles and that the
level of desorption into alginate matrix as well as saline solution was below the detection level.
The second model substance (LMC) was successfully absorbed and the level of desorption in
saline solution was below the detection level as well. Both composite Ca- and Zn-alginate beads
impregnated with PVP-I showed high antimicrobial activity in the suspensions of all examined
ATCC and clinical strains as well. The antimicrobial effect of adsorbed iodine can be explained
by direct contact with the cell membrane of microorganisms which was enough to establish
bactericidal effect in case of Gram positive and Gram negative bacteria while the yeast Candida
albicans was the most resistant. On the contrary, AC particles with adsorbed LMC did not
exhibit antimicrobial effect in any of the examined suspensions which demands a further
investigation of adsorption mechanism and antimicrobial activity of LMC as well. Composite
Ca- and Zn-alginate hydrogels with incorporated AC particles with adsorbed PVP-I showed
potential for wound dressing application because of its high efficiency, availability and broth
antimicrobial spectrum of iodine as well as its potential synergistic effect with released cations
that exhibit wound healing effect.
Authors Key words
aktivni ugalj, alginat, cink, kompozitni hidrogelovi, otpuštanje aktivne supstance,
povidon-jod, lignin model jedinjenja, antimikrobna aktivnost, obloge za rane
Authors Key words
chronic wounds, activated charcoal, alginate, zinc, composite hydrogels, release of
active substance, povidone-iodine, lignin model compounds, antimicrobial activity,
multifunctional wound dressings
Classification
66.017:615.4(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Danas, razvoj novih kompozitnih biomaterijala za medicinsku primenu u terapiji rana
bazira se na poznavanju različitih faktora povezanih sa procesom zarastanja i podrazumeva
rešavanje specifičnih problema koji prate hronične rane. Cilj ove doktorske disertacije bio je
razvoj novih kompozitnih hidrogelova na bazi alginata i čestica aktivnog uglja (AU) koji će u
potencijalnoj primeni u tretmanu rana ispoljiti više povoljnih efekata. Naime, cilj je bio razvoj
kompozita iz koga se, u dodiru sa biološkim fluidima, čestice AU kontrolisano i efikasno
otpuštaju tokom dužeg perioda. Pri tome, čestice AU mogu biti nosači različitih aktivnih
agenasa, dok bi alginatni hidrogel efikasno upijao vlagu. Kao model aktivne supstance izabrani
su povidon-jod (PVP-I) i lignin model jedinjenja (LMJ) kao agensi koji ispoljavaju antimikrobno
dejstvo.
Rezultati istraživanje su pokazali da su metodom ekstruzije uspešno dobijene kompozitne
Ca-alginatne čestice (CaA/AU) i to iz smeša alginata koncentracija u opsegu od 0,5 - 2 mas. % i
AU u opsegu od 1-20 mas. %. Ispitivanjem kinetike otpuštanja AU iz suvih CaA/AU čestica u
fiziološkom rastvoru utvrđeno je da je sastav optimalne smeše 0,5 mas. % alginata i 20 mas. %
AU. Kinetika otpuštanja AU je uspešno opisana modelom unutrašnje difuzije osim u slučaju
čestica dobijenih iz smeše optimalnog sastava gde je otpuštanje uzrokovano i erozijom čestica
što je opisano Korsmejer-Pepasovim modelom Ekstruzijom smeše optimalnog sastava u rastvor
za geliranje koji je sadržao jone cinka uspešno su dobjene i Zn0,5/V kompozitne čestice. Čestice
na bazi Ca- i Zn-alginata dobijene iz smeše optimalnog sastava (Ca- i Zn0,5/V čestice) su u
ii
fiziološkom rastvoru otpustile oko 50 - 60 % ukupnog sadržaja AU tokom perioda od 5 dana koji
je relevantan za tretman hroničnih rana. Ove čestice su zatim uspešno impregnirane prvom
model supstancom (PVP-I), a u ispitivanjima desorpcije utvrđeno je da je PVP-I čvrsto vezan za
čestice AU i da je stepen desorpcije u okolni alginatni matriks, kao i u fiziološki rastvor
zanemarljiv. Na čestice AU je takođe uspešno adsorbovana i druga model supstanca (LMJ) i
pokazano je da ne dolazi ni u ovom slučaju ne dolazi do desorpcije u fiziološkom rastvoru.
Kompozitne Ca- i Zn-alginatne čestice impregnirane sa PVP-I su pokazale izrazitu antimikrobnu
aktivnost u suspenzijama svih ispitivanih, standardnih i kliničkih sojeva mikroorganizama.
Antimikrobni efekat adsorbovanog joda se može pripisati direktnom kontaktu sa ćelijskom
membranom mikroorganizama što je u slučaju ispitivanih Gram pozitivnih i Gram negativnih
bakterija bilo dovoljno za baktericidni efekat, za razliku od gljivice C. albicans koja se pokazala
najotpornijom. Sa druge strane čestice AU sa adsorbovanim LMJ nisu pokazale antimikrobne
efekte u ispitivanim suspenzijama što zahteva dalja istraživanja mehanizma adsorpcije ovih
jedinjenja, kao i mehanizma njihovog antimikrobnog dejstva. Kompozitni Ca- i Zn-alginatni
hidrogelovi sa sadržanim česticama AU na kojima je adsorbovan PVP-I su pokazali potencijal
za primenu u oblogama za rane zbog efikasnosti, dostupnosti i širokog spektra dejstva joda, kao i
potencijalnog sinergističkog dejstva sa otpuštenim katjonima koji imaju pozitivan efekat na
zarastanje oštećenog tkiva.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.