Kemik doku mühendisliği uygulamaları için kalsiyum fosfat esaslı biyoseramiklerden doku iskelesi üretimi ve ürün performanslarının karşılaştırılması
Production of tissue scaffolds from calcium phosphate based bioceramics for bone tissue engineering applications and comparison of product performances
Yazar: AYŞE SEDA ERGÜN
Danışman: PROF. DR. AFİFE BİNNAZ HAZAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Doku mühendisliği; biyoloji, malzeme bilimi, biyokimya ve klinik tıp gibi bilimsel
alanlardan faydalanarak dokuların işlevlerini iyileştirmeyi, sürdürmeyi ve
geliştirmeyi amaçlayan disiplinler arası alandır. Kemik doku mühendisliği ise,
kemik hasarları için sürdürülebilir tedavi stratejisi geliştirmek amacıyla tıp, biyoloji
ve mühendislik bilimleri ile çalışan bir alandır. Kemik hasarları nedeniyle
milyonlarca insan etkin bir tedavi yöntemine ihtiyaç duymaktadır. Kemik dokusu
küçük boyutlu hasarlarda kendi kendini yenileyebilse de, hastaların yaklaşık
%10'unda; kaynamama, geç iyileşme veya yanlış kaynama gibi sorunlar
oluşmaktadır. Özellikle kaynamama problemlerinde, greft uygulamaları sıklıkla
kullanılmaktadır. Greft türleri arasında; otogreft, allogreft, ksenogreft ve sentetik
greftler yer almaktadır. İmmünolojik açıdan üstün avantajlar sunan ve altın standart
kabul edilen otogreftler; yüksek morbidite, limitli donör sahası, cerrahi
komplikasyon gibi dezavantajlara da sahiptir. Bu nedenle otogreftler, mevcut
sorunların hepsine yanıt verememektedir.

xiv

Sentetik üretim yöntemleri geleneksel ve modern olarak ikiye ayrılmaktadır.
Günümüzde; üretim süreçlerinin kolaylığı, düşük maliyet, karmaşık yapıları basitçe
üretebilme gibi avantajlar nedeniyle üç boyutlu (3B) baskı gibi modern yöntemler
ön plana çıkmaktadır. 3B basım yöntemi ile; kısıtlı donör sahası ve morbidite gibi
problemlerin azaltılarak, hızlı ve ekonomik ürünlerin elde edilmesi
hedeflenmektedir.
Tez çalışması kapsamında; kemik doku iskelelerinin üretiminde, ticari
hidroksiapatit (THA) ve stearik asit ile modifiye edilmiş ticari hidroksiapatit
(mTHA) seramik tozları kullanılmıştır. Doku iskeleleri, polimerik sünger (PS) ve
3B stereolitografi (SLA) baskı yöntemleri ile üretilmiş ve üretilen numunelerin
kimyasal, fiziksel, morfolojik ve mekanik özellikleri karşılaştırılmıştır.
Değerlendirmeler sonucunda 3B SLA yöntemi ile üretilen kemik doku iskeleleri
hedeflenen özelliklere uygun bulunmuş ve bu numuneler çay ağacı yağı
kullanılarak kaplanmıştır. Ardından, kaplamalı ve kaplamasız numunelere hücre
canlılığı ve yapışması ile antibakteriyel testler uygulanmıştır. Sonuç olarak;
ağırlıkça %51 mTHA içeren 3B SLA yöntemiyle üretilmiş doku iskelesinin;
ortalama 5 MPa basma dayanımı, 97 μm-715 μm gözenek boyut aralığı, %84 hücre
canlılığı, 72. saat sonunda iyi hücre yapışması, %30 oranında antibakteriyel etki
gösterdiği ve tez kapsamında öngörülen hedefleri sağladığı belirlenmiştir.

Abstract:
Tissue engineering is an interdisciplinary field aiming to improve and develop
tissue functions by leveraging knowledge from biology, materials science,
biochemistry, and clinical medicine. Bone tissue engineering focuses on developing
sustainable treatment strategies for bone injuries, combining insights from
medicine, biology, and engineering. Millions of people require effective treatments
for bone damage. Although bone tissue can self-regenerate in small injuries,
approximately 10% of patients experience complications such as non-union,
delayed healing, or malunion. In cases of non-union, graft applications are
frequently employed. Types of grafts include autografts, allografts, xenografts, and
synthetic grafts. Autografts considered the gold standard due to their superior
immunological advantages, present disadvantages such as high morbidity, limited
donor sites, and surgical complications. Consequently, autografts do not address all
existing issues comprehensively.

xvi

Synthetic production methods are categorized into traditional and modern
techniques. Today, modern methods like three-dimensional (3D) printing are
favored due to their advantages, including ease of production, low cost, and the
ability to produce complex structures. 3D printing method aims to mitigate
problems such as limited donor sites and morbidity while achieving rapid and
economical production.
In this thesis, commercial hydroxyapatite (THA) and stearic acid-modified
commercial hydroxyapatite (mTHA) ceramic powders were used to produce bone
tissue scaffolds. Scaffolds were fabricated using polymeric sponge (PS) and 3D
stereolithography (SLA) printing methods. The chemical, physical, morphological,
and mechanical properties of the produced samples were compared. Evaluations
showed that bone tissue scaffolds produced using 3D SLA method met the desired
properties and were coated with tea tree oil. Both coated and uncoated samples
underwent cell viability, adhesion, and antibacterial tests. 3D SLA method
produced scaffolds containing 51% mTHA by weight, 160 μm-1020 μm pore size
range, demonstrating average compressive strength of 5 MPa, 84% cell viability,
good cell adhesion at 72 hours, and 30% antibacterial effect, meeting thesis's
objectives.