Jelatin- poli([2-(metakriloiloksi)etil] trimetilamonyum klorür) kompozit nanoliflerin üretimi, karakterizasyonu, antibakteriyel ve sitotoksik etkilerinin incelenmesi

Abstract

Cilt yaralandığı zaman, cildi oluşturan proteinler bozulur ve cilde oksijen sağlanması azalır. Bu durum patojen mikroorganizmaların gelişimi ve çoğalması için mükemmel bir ortam sağlar. İyileşme sürecini kısaltmak ve derinin kısa süre içinde yapı ve işlevlerini yeniden kazanmasına katkı sağlamak için yeni yara örtü materyallerinin geliştirilmesi önemlidir. İdeal bir yara örtü materyali, gaz alışverişine izin vermeli, yara ara yüzünde nemli bir ortam sağlamalı, mikroorganizmalara karşı bir bariyer oluşturmalı ve aşırı akıntıları emmeli ve yara üzerinden travma oluşturmadan kolayca kaldırılabilmelidir. Ayrıca, toksik olmayan, biyolojik olarak uyumlu ve antimikrobiyal bir malzemeden yapılmış olması gereklidir. Jelatin, kollojenin kısmen parçalanmasıyla elde edilen biyolojik olarak uyumlu ve biyolojik olarak bozunabilir bir doğal polimerdir. Jelatin nanolifler yara örtü malzemesi olarak kullanıldığı zaman, gerekli olan bütün gereksinimleri karşılamaktadır. Fakat antimikrobiyal özellikte olmaması onun kullanım alanlarını kısıtlamaktadır. Bu çalışmanın amacı, jelatine antimikrobiyal özellik kazandırarak kullanım alanını genişletmektir. Bu amaçla bir dördüncül amonyum polimeri olan poli([2-(metakriloiloksi)etil]trimetilamonyum klorür) (PMETAK) polimeri kullanılmıştır. Bu polimer iyi antibakteriyel etki, düşük toksisite ve cilt tahrişinin düşük olması gibi vücutta kullanım için önemli özelliklere sahiptir.Bu çalışmada, nanofiberler, formik asit-asetik asit karışımında çözündürülmüş ve farklı oranlarda karıştırılmış jelatin ve PMETAK kullanılarak elektro döndürme yöntemi ile sentezlenmiştir. Elde edilen nanolifler, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometresi (FTIR) ve termogravimetrik analiz (TGA) yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Elektro döndürme yöntemiyle elde edilen nanoliflerin çapına etki eden sistem parametreleri uygulanan gerilim, toplayıcı ile şırınga arasındaki mesafe, akış hızı, polimer yüzdesi değiştirilerek incelenmiştir. Nanoliflerin antibakteriyel etkisi, gram pozitif Staphylococcus aureus ve gram negatif Escherichia coli bakterilerine karşı sıvı kültür ortamın içerisinde incelenmiştir. Nanolifler, biyolojik olarak parçalanabilirliğini belirlemek amacıyla fosfat tamponu içinde parçalanma testine tabi tutulmuştur. Nanoliflerin sitotoksik etkisi L929 fibroblast hücrelerine karşı WST-1 ve ikili boyama testleri ile belirlenmiştir. SEM çalışmalarından nanoliflerin homojen ve pürüzsüz oldukları görülmektedir. %20 PMETAK içeren nanoliflerin çaplarının elektro döndürme parametrelerine bağlı olarak 350– 485 nm aralığında değiştiği bulunmuştur. PMETAK yüzdesi % 20'den %80'e yükseldiğinde, nanofiberlerin çapları 2410 nm olarak bulunmuştur. Parçalanma test sonuçlarına göre, 14 gün sonunda bütün nanoliflerin kütlelerinin %90'ından fazlasını kaybettikleri bulunmuştur. In vitro WST-1 ve çift boyama testleri, özellikle % 20 ve % 40 PMETAK içeren nanofiberlerin biyolojik olarak uyumlu olduğunu göstermiştir. PMETAK içeren nanofiberlerin her ikisi de Staphylococcus aureus ve Escherichia coli bakterilerine karşı iyi bir bakterisidal aktivite göstermiştir. Yürütülen çalışmalar sonucunda, elde edilen nanoliflerin antimikrobiyal yara örtü malzemesi olarak güvenli ve etkili bir şekilde kullanılabileceği bulunmuştur.

When the skin is burned, the proteins that make up the skin break down and the oxygen supply to the skin decreases. This situation provides an excellent environment for the growth and proliferation of pathogenic microorganisms. It is important to develop new wound dressing materials to shorten the healing process, and contribute to the regeneration of skin's structure and function in a short period of time. An ideal wound dressing material should allow gas exchange, provide a moist environment in the wound interface, form a barrier against microorganisms, absorb excess fluids, and easily removed without creating trauma to the wound. In addition, it must be made from a non-toxic, biocompatible and antimicrobial material. Gelatin is a biocompatible and biodegradable natural polymer obtained by partial degradation of collagen. When gelatin nanofibers are used as wound dressing material, they meet all the necessary requirements. However, their lack of antimicrobial properties restricts their use. The purpose of this study is to expand the field of use by brinding antimicrobial property for gelatin. For this purpose poly([(2- (methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride) (PMETAK), a quaternary ammonium polymer, a quaternary ammonium salt, is used. This polymer has important properties for use on the body such as good antibacterial effect, low toxicity and low skin irritation. In this study, the nanofibers were synthesized by electrospinning method using polymers of gelatin and PMETAK that dissolved in the formic acid-acetic acid mixture and mixed at different ratios. The obtained nanofibers were characterized with scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), and thermogravimetric analysis (TGA) studies. The affect of system parameters on diameter of the nanofibers obtained with electrospinning method were examined by varying applied voltage, distance between collector and syringe, the flow rate, percentage of METAK polymer. The antibacterial effect of nanofibers was investigated in liquid culture medium against gram positive Staphylococcus aureus and gram negative Escherichia coli bacteria. The nanofibers were subjected to a breakdown test in phosphate buffer to determine their biodegradability. The cytotoxic effect of nanofibers was determined by WST-1 and double staining tests against L929 fibroblast cells. As a result of the studies carried out, it has been concluded that the obtained nanofibers can be used safely and effectively as antimicrobial wound dressing material. The SEM studies show that the nanofibers are homogeneous and smooth. The diameters of the nanofibers containing 20% PMETAK were found to vary between 350–485 nm depending on the electrospinning parameters. When percentage of PMETAK increase from 20% to 80%, the diameters of nanofibers was found as 2410 nm. According to the fragmentation test results, it was found that after 14 days, more than 90% of the masses of all the nanofibers were lost. the nanofibers containing PMETAK showed good bactericidal activity against both of Staphylococcus aureus and Escherichia coli bacteria. In vitro WST-1 and double staining tests demonstrated that the nanofibers containing especially 20 and 40% PMETAK were biocompatible. As a result of the studies carried out, it has been concluded that the obtained nanofibers can be used safely and effectively as antimicrobial wound dressing material.