Üç boyutlu biyoyazıcıda koyun ve sentetik hidroksiapatit matrisli MgO VE Al2O3 takviyeli biyomalzeme uygulamalarının gerçekleştirilmesi
Implementation of MgO AND Al2O3 reinforced biomaterials with sheep and synthetic hydroxyapatite matrix in a three-dimensional bioprinter
Yazar: AYSU AKILLI ARI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HATİCE EVLEN ; DOÇ. DR. NERMİN DEMİRKOL
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alümina = Alumina ; Biyouyumluluk = Biocompatibility ; Hidroksiapatitler = Hydroxyapatites ; Hücre kültürü = Cell culture ; Magnezyum oksit = Magnesium oxide ; Üç boyutlu biyoyazıcılar = Three-dimensional bioprinter

Özet:
Bu çalışmada ilk olarak üç boyutlu biyoyazıcı tasarımı ve imalatı yapılmıştır. İmalatı yapılan biyoyazıcının kullanılabilirliğini araştırmak için biyomürekkep üretilmiştir. Üretilen biyomürekkep sentetik ve doğal kemikten üretilen hidroksiapatit kemik dokusunun biyolojik ve morfolojik yapısı araştırılmıştır. Kemik yapı iskelelerinin üretimi için ağırlıkça %10 magnezyum oksit ve alüminyum oksit ilaveli sentetik hidroksiapatit ve koyun hidroksiapatit biyomürekkep kompozitleri jelleşmesi için sodyum aljinat eklenerek biyomürekkep hazırlanmıştır. Hazırlanan biyomürekkeplerin viskozite analizi yapılmıştır. Üretilen üç boyutlu biyoyazıcı ile 10x10x2 mm kemik yapı iskeleleri biyobaskısı yapılmıştır. Kalsiyum klorür, katmanlar arasında bağ dokusu oluşturmak için kullanılmıştır. Kemik yapı iskelelerin davranışlarını ve vücutta apatit oluşumunu gözlemlemek amacıyla 2 ve 4 haftalık yapay vücut sıvısında (SBF) biyoaktivite testleri uygulanmıştır. Biyoaktivite testlerinin ardından taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dispersiyon spektrometresi (EDS) analizleri yapılmıştır. Ayrıca kemik yapı iskelelerinin laboratuvar ortamında 3-4,5-dimetil-tiazolyl-2,5-difenyltetrazolium bromür (MTT) testi yapılmıştır. Bu testte fibroblast ve osteoblast hücre yüklemesi ile sitotoksisite analizleri ve hücre sayıları incelenmiştir. Fallodin boyama yöntemi kullanılarak canlılık ve hücre çoğalması gözlenmiş ve biyomürekkepler arasında karşılaştırmalar yapılmıştır. Çalışma sonucunda hazırlanan herbir biyomürekkebin üç boyutlu biyobaskı üzerine baskı yeteneği başarılı olmuştur. Böylece istenilen gözenekli yapıda üretilmiştir. Yapay vücut sıvısında 2 ve 4 hafta bekletildikten sonra üretilen kemik yapı iskelelerinin tarama elektron mikroskobu görüntülerinde apatit oluşumları gözlenmiştir. Son aşamada yapılan hücre kültürü analizinde hücre canlılığının devamı ve ağ yapısı umut verici olmuştur.

Abstract:
In this study, firstly, three-dimensional bioprinter was designed and manufactured. Bioink was produced to investigate the usability of the manufactured bioprinter. The biological and morphological structure of hydroxyapatite bone tissue produced from synthetic and natural bone was investigated. For the production of bone tissue scaffolds, synthetic hydroxyapatite and sheep hydroxyapatite bioink composites with 10 wt.% Magnesium Oxide and Aluminum Oxide added were prepared with sodium alginate. The rheological analysis of the prepared bioinks was performed. 10x10x2 mm bone tissue scaffolds were bioprinted. Calcium Chloride was used to create connective tissue between layers. In order to observe the behavior of bone tissue scaffolds and the formation of apatite, bioactivity tests were applied in 2 and 4 weeks of artificial body fluid. After the bioactivity tests, scanning electron microscopy and energy dispersion spectrometry analyzes were performed. In addition, 3-4,5-dimethyl-thiazolyl-2,5-diphenyltetrazolium bromide test was performed in the laboratory environment of bone tissue scaffolds. In this test, fibroblast and osteoblast cell loading, cytotoxicity analyzes and cell numbers were examined. Viability and cell proliferation were observed using the phalloidin staining method and comparisons were made between bioinks. As a result of the study, the ability of each bioink prepared to print on three-dimensional bioprinting was successful. Thus, the bone scaffold with the desired porous structure was produced. Apatite formations were observed in the scanning electron microscope images of the bone tissue scaffolds produced after 2 and 4 weeks in artificial body fluid. In the cell culture analysis performed at the last stage, the continuation of cell viability and network structure were promising.