Kemik doku mühendisliğine yönelik biyomimetik iskelelerin tasarımı ve osteositler üzerine indüktif etkisinin incelenmesi
Design of biomimetic scaffolds for bone tissue engineering and investigation of inductive effect on osteocytes
Yazar: KIYMET NURAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NURAY EMİN ; DOÇ. DR. AYSEL KOÇ DEMİR
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Doku Mühendisliği çalışmalarının en önemli bileşenlerden biri, doku iskelesi olarak kullanılan biyomalzemedir. Biyopolimerik doku iskeleleri, hücrelere in vitro şartlarda üç-boyutlu (3B) yapay bir hücre dışı matriks (HDM) sunar. Bu sayede, anotomik boyutta doku organoidinin yüksek verimle oluşmasında birincil etkiye sahiptirler. Yürütülen tez çalışmasının amacı, kemik doku mühendisliğine yönelik biyomimetik kollajen-hiyaluronik asit-kondroitin sülfat-hidroksiapatit (KOL/HYA/KS-HA) kompozit iskeleler geliştirilmesidir. Bu doğrultuda, üretilen polimer-seramik kompozit iskelerinin ISO-EN-10993 numaralı standarda uygun olarak biyouyumluluk özellikleri araştırılarak, doku mühendisliğinde biyomalzeme olarak kullanımının uygunluğu gösterildi. Tez kapsamında, 3B biyomimetik polimer iskeleler iki farklı yöntem kullanılarak hazırlandıktan sonra, SBF çözeltisi ile muamele edilerek yüzeylerinin hidroksiapatit (HA) ile kaplanması sağlandı.  Polimer zincirleri arasında kimyasal çapraz bağlayıcılar kullanılmak yerine, mekanik stres altında çapraz bağlanmaların etkinliği araştırılarak iskelelerin biyouyumluluğu arttırılmaya çalışıldı. Elde edilen kompozit iskelelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri uygun analiz yöntemleri kullanılarak incelendi. Uygun özelliklere sahip olduğu belirlenen iskelelerin doku oluşturma kapasiteleri, sıçan kalvaria ve tibia kemiğinden izole edilen osteoblast hücreleri (sOB) ile test edildi. Hücre canlılığı ve çoğalması MTT [3-(4,5-dimetildiyazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolyum bromür]  analizi, osteojenik fenotipi alkalin fosfataz aktivitesinin tespiti ve histokimyasal boyamalar yapılarak, kalitatif ve kantitatif olarak değerlendirildi. Karakterizasyon analizleri sonucunda çözelti halindeki polimer karışımlarından hazırlanan polimer-seramik kompozitlerin kemik doku mühendisliği için daha uygun olduğu tespit edildi. sOB kullanılarak gerçekleştirilen çalışmalarda,  yapısında kollajen miktarı daha fazla olan iskelelerin kemik doku oluşumunu daha fazla indüklediği belirlendi.

Abstract:
One of the most important components in tissue engineering studies is the biomaterial used as tissue scaffold. Biopolymeric scaffolds present cells with a three-dimensional (3D) artificial extracellular matrix (ECM) in vitro. In this way, they have a primary effect on the formation of tissue organoid of anatomical size with high efficiency. In this thesis, it was aimed to develop biomimetic collagen-hyaluronic acid-chondroitin sulfate-hydroxyapatite (KOL/HYA/KS-HA) composite scaffolds and to investigate their usability for bone tissue engineering. Accordingly, the biocompatibility properties of the produced polymer-ceramic composite scaffolds were investigated in accordance with the ISO-EN-10993 standard, and the suitability of their use as a biomaterial in tissue engineering was demonstrated. Within the scope of the thesis, after 3D biomimetic polymer scaffolds were prepared using two different methods, they were treated with SBF solution and their surfaces were coated with HA. Instead of using chemical crosslinkers between polymer chains, the efficiency of crosslinking under mechanical stress was investigated to increase the biocompatibility of the scaffolds. The physical and chemical properties of the obtained composite scaffolds were examined using appropriate analysis methods. In the determination of tissue forming capacity, osteoblast cells (sOB) isolated from rat calvaria and tibia bones were tested using scaffolds determined to have suitable properties. Cell viability and proliferation were evaluated qualitatively and quantitatively by MTT analysis and osteogenic phenotype was evaluated using alkaline phosphatase activity and histochemical staining. As a result of characterization analysis, it was determined that polymer-ceramic composites prepared from polymer blends in solution are more suitable for bone tissue engineering. In studies using sOB, it was determined that scaffolds which have a higher amount of collagen in their structure induced bone tissue formation much more.