Biohajoavan malli-implantin kehitys biofarmaseuttisten aineiden vapautumiselle

Abstract

Biohajoavien materiaalien tarve ja suosio lääketieteen sovellutuksissa kasvaa jatkuvasti uusien teknologioiden ja tutkimustulosten myötä. Biohajoavan materiaalin etuna on, että sitä ei tarvitse erikseen poistaa elimistöstä sinne asentamisen jälkeen. Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli kehittää mallisysteemi ja mittausmenetelmät malliproteiinin vapautumiselle biohajoavasta materiaalista. Silikasta valmistettiin biohajoava malli-implantti, jonka sisälle kapseloitiin vihreää väriä fluoresoivaa proteiinia, GFP:tä (Green Fluorescent Protein). GFP toimi tutkimuksessa malli-lääkeaineena, jonka vapautumista implantista tutkittiin liuotus- eli dissoluutiotesteillä. Samalla tutkittiin implantin biohajoavuusnopeutta.

Opinnäytetyössä valmistettiin sooli-geeli-prosessilla silikaimplantteja, jotka sisälsivät GFP:tä 1 % suhteutettuna silikan massaan implantissa. Implanteille suoritettiin dissoluutiotestejä, joissa ne upotettiin ihmiskehon fysiologisia olosuhteita simuloivaan puskuriin. Silikan in sink –raja optimoitiin 24 h:n kohdalle ja sitä ylläpidettiin liuotuksen aikana vaihtamalla puskuri uuteen vuorokauden välein. Implanttia liuotettiin kerrallaan 4 vuorokautta ja sille määritettiin liukenemisnopeus eri aikapisteistä otetuista näytteistä ja niistä analysoiduista liuotustuloksista. Samalla tutkittiin GFP:n vapautumisnopeutta implantista.

Silikan pitoisuutta mitattiin UV-Vis –spektrofotometrillä ja GFP:n aktiivisuutta aikaerotteisella fluoresenssilla. Dissoluutiotesteistä saaduista tuloksista havaittiin, että valmistetut silikaimplantit liukenevat puskuriin kokonaisuudessaan 6-8 vuorokaudessa. Vapautunutta GFP:tä ei pystytty havaitsemaan lainkaan fluoresenssimittauksissa, koska pitoisuus implantissa oli liian pieni. Pystyttiin kuitenkin osoittamaan, että GFP:tä vapautuu käytetyllä menetelmällämitattavissa olevia määriä.

The demand for biodegradable materials for use in medical applications is constantly growing due to new studies and advanced technologies. The advantage of biodegradable material is that no removal from the system is needed. The aim of this thesis was to develop a model system and measuring methods for the release of protein from a biodegradable material. A model implant was produced from silica with encapsulated Green Fluorescent Protein. The GFP represented a model biopharmaceutical ingredient, and its release rate from the implant was studied by performing dissolution tests. Also the biodegradability of the implants was examined.

Silica-based implants were produced by the sol-gel method. The implants contained 1 % of GFP in proportion to the mass of silica in the implant. Dissolution tests were performed on the implants, which consisted of their immersion in buffer that simulates the physiological conditions of the human body. The in sink conditions of silica were optimized at 24 hours and maintained by changing the buffer every 24 hours. One implant was dissolved for 4 days, and its dissolution rate was determined based on samples taken at different points of time and on the results analyzed. At the same time, the release rate of GFP was examined.

The amount of silica was measured by UV-Vis spectrophotometry and the activity of GFP was measured by fluorescence and time-resolved fluorescence. The research discovered that the manufactured silica- implants dissolve completely in 6 to 8 days. The released GFP was not successfully detected in the fluorescence measurements, because it was present in too small an amount. However, it could be proved that GFP is able to be released in amounts that are measurable by the used method.