Biyomedikal İmplantlarda Antimikrobiyal Aktiviteyi Kontrol Etmeye Yönelik Füzyon Peptitler

Abstract

Biyoimplant malzemelerinin bakteriler tarafından enfekte edilme riski bulunmaktadır ve bu enfeksiyonlar implantın dejenerasyonu veya vücut tarafından reddedilmesi gibi problemlere neden olabilir. Günümüzde bu tür enfeksiyonların tedavisi büyük ölçüde antibiyotik temellidir; ancak uzun zamandan bu yana kullanılan geleneksel antibiyotikler bakteri mutantlarının geliştirdiği dirençle yüzleşmek zorunda kalmıştır. Bu nedenle yeni antibiyotiklerin ve ayni zamanda etkin antimikrobiyal implantlarin geliştirilmesine şiddetle ihtiyaç vardır. Antimikrobiyal peptidler enfeksiyonlar karsı savunma ve tedavi için umut verici adaylardan birisidir. Birçoğu gram pozitif ve negatif bakteriler, virusler, fungi ve bazı parazitleri de içine alan geniş bir aktiviteye sahiptir. Kompleks etki mekanizmalarından dolayı antimikrobiyal peptidlerin bakteriyel dirençle karşılaşma olasılıkları klasik antibiyotiklere göre daha düşüktür. Günümüzde implant yüzeyinin antimikrobiyal maddelerle kaplanması enfeksiyon riskine karşı koymada rutin bir işlem olarak önümüze çıkmaktadır. Biyomoleküllerin metal yüzeylere immobilizasyonu için birçok teknik rapor edilmiştir. Bunlar içerisinde istenen yüzeye bağlanabilen füzyon proteinler oluşturmak için “afinite tag”lerin kullanıldığı afinite ile bağlama yöntemi özellikle dikkat çekmiştir.Bu alanda inorganik yüzeylere afinitesi olan peptidler biyomolekül ve metal yüzey arasında çapraz bağlayıcı olarak geniş bir alternatif listesi sunmaktadır. Bu çalışmanın amacı literatürden örnek olarak seçilen antimikrobiyal peptidin, hidroksiapatite spesifik bağlanan peptidle konjugasyonu ve ardından implant yüzeyine immobilizasyonundan sonra antimikrobiyal aktivitesini koruyup korumadığını test etmek ve antimikrobiyal implant geliştirme çalışmalarında potansiyel bir aday olup olmadığını göstermektir. Genetik olarak dizayn edilmiş hidroksiapatite spesifik bağlanan peptid (HABP) ve literatürden seçilmiş bir katyonik antimikrobiyal peptid model implat materyaline kendiliğinden immobilizasyon için konjuge olarak sentezlenmiştir. Daha sonra antimikrobiyal peptid ile kaplanmış titanyumun seçilen E.coli ve S.mutans suşlarına karşı antimikrobiyal aktivitesi test edilmiştir. Sonuçlar, AMP-HABP1 füzyon peptidin gram negatif ve gram pozitif bakterilere karşı kayda değer antimikrobiyal aktivitesi ve hidroksiapatit yüzeylere özel ilgisi olduğunu göstermektedir. Hidrokasiapatit kaplı titanyuma bağlı durumda yüzeyle etkileşen bakterileri öldürebilmekte ve bakteri adhesyonunu engellemektedir.

Medical devices such as surgical implants have the potential to become infected with bacteria, leading to many medical problems including degeneration or rejection of the implant. The current treatment of infections is largely dependent on antibiotic therapy; however, traditional antibiotics are facing the increasing challenge of resistant bacterial mutants. A strong need is therefore present to develop effective anti-infectious implants as well as new antimicrobial drugs The family of antimicrobial peptide (AMP) is one of the promising candidates for infection prophylaxis and treatment. Many of them behave broad-spectrum activity towards Gram-positive and Gram-negative bacteria, viruses, fungi and some parasites. Because of their complex killing mechanisms, the possibility for AMPs to encounter a resistant bacterial strain is much lower than the conventional antibiotics. Modification of the implant surface with an antimicrobial agent is a potential routine to eliminate infections. Various techniques of immobilizing a biomolecule onto the metal surface have been reported; among them the affinity binding method in which the use of affinity tags to create fusion proteins that can bind to the desired surface has received special attention. In this field inorganic binding pepides offer wide range alternatives as a cross linker between biomolecule and metal suface. The goal of this research is to investigate if the selected AMP from the literature remain antimicrobial in the case of conjugation with HABP1 and if it is possible to develop antimicrobial implants for further steps of the research. Genetically engineered hydroxyapatite binding peptide (HABP) and antimicrobial peptide (AMP) that was selected from literature was synthesized conjugately for self immobilization on the model implant material, hydroxyapatite coated titanium surface. The fusion peptide and the AMP-modified titanium was further tested for their antibacterial activity against E.coli and S.mutans strains. According to results, the AMP-HABP1 fusion peptide has remarkable antimicrobial activity against both gram negative and positive bacteria and specific binding affinity to hydroxyapatite surfaces. When bound to hydroxyapatite coated titanium, it can be able to kill bacteria that interact with surface and prevent bacterial adhesion.