Intelligente Drug-Delivery-Systeme zur Vermeidung Implantat-assoziierter Infektionen

Abstract

All medical devices and implants are made of synthetic or natural, but usually not endogenous, materials. Implantation of such devices, into living tissue, is therefore subject to the risk of nosocomial infections, biofilm formation and may cause implant-associated infections. Microorganisms (including bacteria) that grow in biofilms and cause chronic inflammation are the typical source of these infections. Subsequently, they can lead to implant failure, requiring further surgical treatments. To prevent this, this study investigated and presented enzymatically degradable drug delivery systems that enable encapsulation and targeted release of an antibacterial agent triggered by an infection. To achieve this, the dissertation focused on the fabrication, characterization of suitable nanocarriers and their immobilization on implant surfaces such as titanium. To build a stable and degradable encapsulation system, different steps were established: 1) the integration of an enzyme-labile model peptide into two different polymer-based systems 2) generation of particles 3) coating of titanium surfaces with the particles 4) investigation of stability and degradability of those systems 5) the release of ciprofloxacin as a model substance. For this, two approaches have been tested. The first approach included the synthesis of chitosan‐g‐[peptide‐poly‐L‐caprolactone] and its self‐assembly into polymeric vesicles by the solvent shift method. For the second approach, nanogels dispersions were prepared by ionotropic gelation of the alginate with the poly-L-lysine, which was conjugated with ciprofloxacin via a copper-free 1,3-dipolar cycloaddition (click reaction).Alle medizinischen Geräte und Implantate bestehen aus synthetischen oder natürlichen, jedoch in der Regel aus nicht endogenen Materialien. Die Implantation solcher Geräte in lebendes Gewebe unterliegt daher dem Risiko nosokomialer Infektionen und der Bildung von Biofilmen und kann implantatassoziierte Infektionen verursachen. Mikroorganismen (einschließlich Bakterien), die in Biofilmen wachsen und chronische Entzündungen verursachen, sind die typische Quelle dieser Infektionen. Anschließend können sie zu einem Implantatversagen führen, was weitere chirurgische Behandlungen erforderlich macht. Um dies zu verhindern, untersuchte und ergab diese Studie enzymatisch abbaubare Arzneimittelabgabesysteme, die die Einkapselung und gezielte Freisetzung eines durch eine Infektion ausgelösten antibakteriellen Mittels ermöglichen. Um dies zu erreichen, konzentrierte sich die Dissertation auf die Herstellung und Charakterisierung geeigneter Nanoträger sowie deren Immobilisierung auf Implantatoberflächen wie Titan. Um ein stabiles und abbaubares Einkapselungssystem aufzubauen, wurden verschiedene Schritte festgelegt: 1) Integration eines enzymlabilen Modellpeptids in zwei verschiedene Systeme auf Polymerbasis 2) Erzeugung von Partikeln 3) Beschichtung von Titanoberflächen mit den Partikeln 4) Untersuchung von Stabilität und Abbaubarkeit dieser Systeme 5) Freisetzung von Ciprofloxacin als Modellsubstanz. Hierzu wurden zwei Ansätze getestet. Der erste Ansatz umfasste die Synthese von Chitosan-g-[Peptid-Poly-ε-Caprolacton] und dessen Selbstorganisation zu polymeren Vesikeln durch das Lösungsmittel-Verschiebungsverfahren. Für den zweiten Ansatz wurden Nanogeldispersionen durch ionotrope Gelierung des Alginats mit dem Poly-L-Lysin hergestellt, das über eine kupferfreie 1,3-dipolare Cycloaddition (Klickreaktion) mit Ciprofloxacin konjugiert wurde

    Similar works