Fıtık tedavisi için hibrid mesh tasarımı ve üretimi - Saltık, Derya (My University, 2024)
Fıtık, kasların, organ veya organların bir bölümünün ya da tamamının bulundukları boşluk bölgesinde oluşan bir açıklıktan dışarı çıkması olarak tanımlanmaktadır. Kasık, ön karın duvarı, pelvik ve iç fıtıklar olacak şekilde gruplandırılırlar. Literatürde tedavi yöntemleri çeşitli olmakla beraber açık ve kapalı ameliyat ile mesh yapı kullanılarak oluşan fıtıklar tedavi edilmektedir. Nüks, büzüşme, ağrı, enfeksiyon ve seroma gibi fıtık tedavisinde mesh kullanılması ile sorunlar yaşanabilmektedir. Bu sorunların gerçekleşmemesi için klasik mesh yapıları geliştirilerek fıtık tedavilerinde yeni nesil mesh yapılar kullanılarak fıtık tedavileri gerçekleştirilmektedir. Fıtıkları tedavi etmek için modern mesh yapılarında polipropilen, polietilen tereftalat, genişletilmiş politetrafloroetilen ve benzeri kullanılmaktadır. Bu meshlerin üretiminde çoğunlukla çözgülü örme yöntemi kullanılarak, mono/ multiflament iplikli, gözenekli, belirli bir ağırlık gramajına sahip, mekanik özellikleri açısından fıtık bölgelerine uygun ve biyouyumluluk özelliklerini taşıyacak şekilde mesh yapıları üretilir. Nanolifler, gözenek yapısı ve yüksek yüzey alanı hacim oranı ile diğer nanomalzemelerden açık ara farklı yapılardır. Nanolifler diğer tekstil yapıları ile hibrid bir yapı oluşturarak teknik alanlarda kullanım yeri bulmaktadır. Nanolif üretim yöntemlerinden biri olan santrifüj eğirme yönteminde sıvı çözelti cihazda bulunan döner kafa içerisinden dışarı atılarak merkezkaç kuvvetinin oluşmasıyla birlikte çözelti yüzey gerilimini aştıktan kısa süre içerisinde toplayıcıya doğru hareket etmesiyle toplayıcı üzerinde katılaşarak nanolifler halinde yapı oluşturmuş olur. İlaç salınımında yüksek yüzey-hacim oranı ve gözeneklilik sağlayan nanoliflere ilaç yüklenmesi ve yeterli zaman içerisinde iyi bir şekilde kontrol edilebilen belirli dozajda olan ilacın vücutta belirli olan bölgeye verilmesi kontrollü ilaç salınımı ile sağlanmaktadır. Bu tez çalışmasında, fıtık tedavisinde kullanılmak üzere çözgülü örme makinesinde üretilen monofilament polipropilen mesh üzerine yeni nesil nano/ mikrolif üretim yöntemi olan santrifüj eğirme yöntemi ile kurkumin içeren mikrolifli yapı ile hibrid bir mesh elde edilmiştir. Meshin ana yapısını polipropilen modifiye double atlas oluşturmaktadır. Doğal bir polimer olan ipek fibroini ve biyouyumlu sentetik bir polimer olan poliüretan kullanılarak mikrolifli yapı oluşturulmuştur. Kurkumin antibakteriyelliği, ağrı kesici ve antiinflamatuar özellikleri ile fıtık tedavisine yarar, levan ise hücre çoğalmasında uyarıcı bir aktivite göstermesi için kullanılmıştır. Hibrid bir mesh yapı fıtık tedavilerinde ağrı kesici, antibakteriyellik, hücre çoğalması, mekanik testlerinde başarılı, uygun hafiflik ve gözeneklilik sağlanması açısından oluşturulmuştur. Literatür ve piyasa araştırmalarında doğal ve sentetik polimerler yanında ilaç etkisi sağlayacak bir hibrid mesh yapısı ile karşılaşılmamıştır. Bu tez çalışmasında kurkuminin farklı yüzde oranları ile çalışılarak optimum bir değer sağlayacak hücre çoğalması ve antibakteriyelliği kusursuz şekilde gerçekleştirecek bir hibrid mesh yapısı üretilmiştir. Kurkuminin seçiminde bu özelliklerinin yanında ağrı kesici özelliği de göz önünde bulundurulmuştur. İlk aşamada, monofilament polipropilen (PP) iplik kullanılarak modifiye double atlas deseni geliştirilmesi ile çözgülü örme makinesinde üretimi yapılmıştır. Mesh yapıyı sabitleyebilmek için termofikse işlemi yapılarak ipliklerin kesişim yerlerinden birbirlerine tutunmaları sağlanmıştır. PP mesh yapısı üzerine üretilecek mikrolifli yapı için ipek fibroini (SF) ağırlıkça %10 ve poliüretan (PU) ağırlıkça %8 olacak şekilde uygun çözücülerde çözündürülmüş, levan ağırlıkça %5, kurkumin (CUR) ağırlıkça %1.1, %2.3 ve %3.8 olarak belirlenmiş ve üretimleri sorunsuz bir şekilde PP mesh yapısı üzerine yapılmıştır. Oluşturulan hibrid mesh yapılarına karakterizasyon, mekanik, antibakteriyellik, in-vitro biyouyumluluk ve salınım testleri yapılarak fıtık tedavisinde kullanıma uygunluğu incelenmiştir. Nanolifli yapıyı oluşturan çözeltilerin viskoziteleri kesintisiz lif yapısını oluşturacak ve üretimi gerçekleştirebilecek değerde (150 cP ile 194 cP arasında) oldukları gözlemlenmiştir. Üretilen nanolifli yapıların lif çapları kurkumin miktarı arttıkça 1.826 μm değerinden 1.000 μm’ ye kadar azalma göstermiştir. Nanolifli yapıların sağladığı gözenek boyutları ortalama olarak 20 μm değerinde gözlemlenmiştir ve hücrelerin çoğalmasını sağlayacak değerdedir. FTIR sonuçlarında nanolifli yapıları oluşturan tüm malzemelerin (SF, PU, levan, kurkumin) karakteristik bant yapılarındaki etkinlikleri gözlemlenerek var oldukları kanıtlanmıştır. Hibrid mesh yapının kalınlık ve ağırlık bakımından değerlendirilmesinde, kalınlık bakımından hibrid mesh yapıların ortalama 0.45 mm ile hafif yapılı mesh, ağırlık bakımından PP mesh 25 g/ m2 ile ultra hafif mesh, PP mesh + P + SPCL yapılarının ortalama 41.33 g/ m2 ile hafif mesh kategorisine girmesi sonucunda mesh yapıların günümüzde kullanılan mesh yapılar ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. PP mesh yapının mekanik özelliklerinin değerlendirilmesinde dikey yöndeki elastikiyeti istenilen düzeyde sağlamamasına rağmen yatay yönde elastikiyetin %15.65 değerde olması ile kadın ve erkek hastalar için uygun elastikiyette olduğu ve patlatma mukavemetinin karın içi bölgeyi zorlayacak durumlara karşı 7.5 kat daha fazla dayanıklı bir yapı olduğu gözlemlenmiştir. Antibakteriyellik, biyouyumluluk ve ilaç salınım testlerinin değerlendirilmesi sonucunda ise en optimum anttibakteriyellik test sonucunun SP/ 3C/ L yapısında E. coli bakterine karşı %100, S. aureus bakterisine karşı %93.6 antimikrobiyal aktivite göstermiş olduğu, hücre canlılığı testinde ise 48. ve 72. saatlerde uzun süreli maruziyette hücre canlılığı ve proliferasyonu olumlu yönde etkilediği ve en yüksek miktarda sağladığı görülmüştür. İlaç salınım testinde (kurkuminin) en yüksek salınım miktarının SP/ 1C/ L (%100) ve SP/ 2C/ L (%75.5) yapılarında gerçekleşmiştir. Tasarımı ve üretimi gerçekleştirilen hibrid mesh yapısına yapılan testlerin sonuçlarının değerlendirilmesine göre günümüz mesh yapılarına uygun olacak şekilde karakteristik, mekanik, antibakteriyel ve biyouyumlu olduğu, salınım oranlarının vücut iç yapısı için uygun değerde olduğu sonuçlarına varılmıştır. Bu sonuçlar dahilinde, üretimi ve tasarımı yapılan hibrid mesh yapının fıtık tedavisinde kullanılması açısından yüksek bir potansiyele sahip olduğu ve yaygınlaşacağı öngörülmektedir.

Hernia is the protrusion of some or all of the muscles and organs through an opening in the cavity where they are located. They are grouped as inguinal, anterior abdominal wall, pelvic and internal hernias. Although various treatment methods exist in the literature, hernias formed using mesh structures with open and closed surgery are treated. Problems such as recurrence, shrinkage, pain, infection and seroma may occur with the use of mesh in hernia treatment. To prevent these problems, classical mesh structures are developed, and hernia treatments are performed using new-generation mesh structures in hernia treatments. Polypropylene, polyethylene terephthalate, expanded polytetrafluoroethylene and the like are used in modern mesh structures to treat hernias. The warp knitting method produces mesh structures with porous mono/ multifilament yarns with a specific weight grammage suitable for hernia areas in terms of mechanical and biocompatibility properties. Nanofibers differ from other nanomaterials in their pore structure and high surface area-to-volume ratio. Nanofibers find a place of use in technical fields by forming a hybrid structure with other textile structures. In the centrifugal spinning method, which is one of the nanofiber production methods, the liquid solution is thrown out of the rotating head in the device and with the formation of centrifugal force, the solution solidifies on the collector as it moves towards the collector in a short time after exceeding the surface tension and forms a structure as nanofibers. Drug loading to nanofibers that provide a high surface-to-volume ratio and porosity in drug release and delivery of certain drug dosages to a specific area in the body that can be well controlled within sufficient time is provided by controlled drug release. In this thesis, a hybrid mesh with a microfiber structure containing curcumin was obtained by the centrifugal spinning method, which is a new-generation nano/ microfiber production method, on a monofilament polypropylene mesh produced on a warp knitting machine for hernia treatment. The main structure of the mesh is a polypropylene-modified double atlas. The microfiber structure was formed using silk fibroin, a natural polymer, and polyurethane, a biocompatible synthetic polymer. Curcumin was used for its antibacterial, analgesic, and anti-inflammatory properties for hernia treatment, and levan was used for its stimulatory activity in cell proliferation. A hybrid mesh structure was created for pain relief, antibacterial, and cell proliferation, was successful in mechanical tests, and provided appropriate lightness and porosity in hernia treatments. In the literature and market research, a hybrid mesh structure that would provide a drug effect in addition to natural and synthetic polymers has yet to be encountered. In this thesis study, different percentage ratios of curcumin were used to produce a hybrid mesh structure that ideally provides an optimum value, cell proliferation and antibacterial properties. In addition to these properties, its pain-relieving properties were also considered in the selection of curcumin. In the first stage, a modified double atlas pattern was developed using monofilament polypropylene (PP) yarn and produced on a warp knitting machine. To fix the mesh structure, thermosetting was performed to ensure that the threads cling to each other at their intersections. For the microfibrous structure to be produced on the PP mesh structure, silk fibroin (SF) was dissolved in appropriate solvents at 10% by weight and polyurethane (PU) at 8% by weight, levan was determined as 5% by weight, and curcumin (CUR) was defined as 1.1%, 2.3% and 3.8% by weight. Their production is made on PP mesh structure without any problems. Characterization, mechanical, antibacterial, in-vitro biocompatibility, and release tests were performed on the hybrid mesh structures, and their suitability for use in hernia treatment was examined. It has been observed that the viscosities of the solutions forming the nanofibrous structure are at a value (between 150 cP and 194 cP) that can form a continuous fiber structure and realize production. The fiber diameters of the produced nanofibrous structures decreased from 1,826 μm to 1,000 μm as the amount of curcumin increased. The pore sizes provided by nanofibrous structures were observed to be 20 μm on average and are sufficient to enable cells to proliferate. FTIR results have proven that all materials forming nanofibrous structures (SF, PU, levan, curcumin) exist by observing their effectiveness in their characteristic band structures. When evaluating the hybrid mesh structure in terms of thickness and weight, hybrid mesh structures are lightweight mesh with an average of 0.45 mm in terms of thickness, PP mesh is ultra-light mesh with 25 g/ m2 in terms of weight, and PP mesh + P + SPCL structures are light mesh with an average of 41.33 g/ m2. As a result of being included in the category, it has been observed that mesh structures are compatible with those used today. In the evaluation of the mechanical properties of the PP mesh structure, it was observed that although it did not provide elasticity in the vertical direction at the desired level, it was suitable for male and female patients, with its horizontal elasticity being 15.65%. Its bursting strength was 7.5 times more resistant to situations that would strain the intra-abdominal region. As a result of the evaluation of antibacterial, biocompatibility and drug release tests, it was found that the most optimum antibacterial test result showed 100% antimicrobial activity against E. coli bacterium in the SP/ 3C/ L structure and 93.6% antimicrobial activity against S. aureus bacteria, and 48th and 72nd grades in the cell viability test. It has been observed to affect cell viability and proliferation positively and provides the highest amount of exposure after long-term exposure within hours. In the drug release test (curcumin), the highest release amount was realized in SP/ 1C/ L (100%) and SP/ 2C/ L (75.5%) structures. Based on the comprehensive evaluation of the test results, it can be concluded that the hybrid mesh structure, designed and produced in this study, exhibits characteristics, mechanical properties, antibacterial and biocompatibility features that are in line with the current standards for mesh structures. Moreover, its drug release rates are suitable for the internal environment of the body. These findings suggest that the hybrid mesh structure, with its unique combination of materials and properties, has a high potential for use in hernia treatment and could significantly advance the field.
Design and manufacture of hybrid mesh for hernia treatment
Keywords: centrifugal spinning; curcumin; çözgülü örme; ipek fibroin; kurkumin Mesh structure; Mesh yapılar; santrifüj eğirme; silk fibroin; Tekstil mühendisliği; warp-knit