UV-kürlenebilir poliüretan-akrilat temelli multifonksiyonel kemik yapıştırıcılarının hazırlanması ve sternal kapamada kullanımı

Abstract

Sternal kapama, açık kalp ameliyatları sonrası açılan göğüs kafesinin tekrardan birleştirilmesidir. Halihazırda sternal kapamada mekanik yöntemler (çelik tel) kullanılmakta olup sternumun doğru kapatılmaması nedeniyle yüksek ölüm oranları görülmektedir. Bu yüksek ölüm sayısının temelinde mekanik yöntemlerin dezavantajları ve enfeksiyonlar gibi etkenler yatmaktadır. Tez kapsamında bu sorunları ortadan kaldırmaya yönelik bir biyoyapıştırıcı formülasyonu geliştirilmiştir. Bu bağlamda tamamen biyouyumlu ve biyomimetik dizayn içeren, antibakteriyel özellikte ve enjekte edilebilir formda, UV-kürlenebilir, hızlı ve güçlü yapıştırma özelliklerine sahip bir biyoyapıştırıcı geliştirilmiştir. Oluşturulan formülasyon; iki bileşenli, UV-kürlenebilir poliüretan-akrilat sistemini içermektedir. Formülasyondaki birinci bileşen çift bağlı açık uçlar içeren enjekte edilebilen bir pre-polimerdir. İkinci bileşen UV-kürleme yapacak dopamin metakrilamid ve kürleme ajanınından oluşturulmuştur. Değişik monomer oranları ile 27 adet yapıştırıcı formülasyonu öncelikle pre-poliüretan formunda sentezlenmiştir. Pre-poliüretanlar için poliol kaynakları olarak β-siklodekstrin, protein (jelatin (GEL), serisin (SER) ve kollajen (COL)) ve polietilen glikol (P200/P400/P600); izosiyanat kaynağı olarak ise 4,4'metilenbis(siklohekzil izosiyanat) (HMDI) kullanılmıştır. Pre-poliüretan yapıları -OH uçlarından 2-izosiyanatoetil metakrilat ile çift bağ fonksiyonel pre-polimerler haline dönüştürülerek, antibakteriyel karakter kazandırmak için gentamisin katkılanmıştır. Pre-polimerler, dopamin metakrilamid ve fotobaşlatıcı ile UV'ye maruz bırakılarak 5-15 dk aralığında kürlenmiştir. Nihai yapıştırıcılar yapısal, termal ve morfolojik olarak karakterize edilmiştir. Poliüretan-akrilatlardan yapıştırma gücü sonuçlarına göre 3 adet (HMDI-GEL-P400-20-AC, HMDI-SER-P200-20-AC, HMDI-COL-P600-20-AC) formülasyon seçimi yapılmış ve bunlara biyobozunurluk, gentamisin salımı, antibakteriyel özellik, protein adsorbsiyonu ve in vitro biyouyumluluk deneyleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra in vitro biyouyumluluk verilerine göre 1 adet (HMDI-SER-P200-20-AC) poliüretan-akrilat formülasyonunun seçimi yapılmış ve bu örnekler üzerinde in vivo biyouyumluluk ve sternal kapama deneyleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak tez kapsamında hızlı kürlenebilen, yüksek yapıştırma gücüne sahip, antibakteriyel ve biyouyumlu yapıştırıcı formülasyonları geliştirilmiş ve sternal kapamada kullanılmıştır.

Sternal closure is a re-closure of the opened thorax after open heart surgery. Currently, mechanical methods (steel wire) are used for sternal closure and high mortality rates are observed due to not being closed properly of sternum. The basis of the high number of deaths is due to the disadvantages of mechanical methods and infections. Within the scope of the thesis, an adhesive formulation was created to eliminate these problems. In this context, a biocompatible, antibacterial, UV-curable and injectable adhesive have been developed with fast and strong adhesive properties including biomimetic design. The formulation was formed from two-component UV-curable polyurethane-acrylate system. The first component is an injectable prepolymer comprising double bonded open ends. The second component consists of UV-curing dopamine methacrylamide and curing agent. 27 adhesive formulations with different monomer ratios were first synthesized in the form of pre-polyurethane. β-cyclodextrin, protein (gelatin (GEL), sericin (SER) and collagen (COL)) and polyethylene glycol (P200/P400/P600) were used as polyol sources and 4,4-methylenebis (cyclohexyl isocyanate) (HMDI) was used as isocyanate source in pre-polyurethane synthesis. Pre-polyurethane structures were converted to double bond functional pre-polymers with 2-isocyanatoethyl methacrylate from the -OH ends and gentamycin was added to provide antibacterial character to the structure. Pre-polymers were cured by UV exposure with dopamine methacrylamide and photoinitiator for 5-15 min. The final adhesives were characterized structurally, thermally and morphologically. According to the results of the adhesion strength of polyurethane-acrylates, 3 formulations (HMDI-GEL-P400-20-AC, HMDI-SER-P200-20-AC, HMDI-COL-P600-20-AC) were selected and biodegradability, gentamicin release, antibacterial property, protein adsorption and in vitro biocompatibility tests were performed to the formulations. Then, according to in vitro results, HMDI-SER-P200-20-AC formulation was selected and in vivo biocompatibility and sternal closure tests were performed. As a result, highly adhesive, rapid curing, antibacterial and biocompatible adhesive formulations have been developed and used in sternal closure.