Üç boyutlu biyoyazıcı ile üretilen gradyan hidrojel doku iskelesinin tavşan dizi osteokondral defekt modelinde rejenerasyon etkisinin araştırılması
Regenerative effects of 3-D bioprinted gradient hydrogel scaffold in rabbit knee osteochondral defect model
Yazar: EMİN SÜHA DEDEOĞULLARI
Danışman: PROF. DR. MEHMET AYVAZ
Hacettepe Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology
Dizin: Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
Doku mühendisliği osteokondral defektlerin (OKD) tedavisinde yaratıcı çözümler sunmaktadır. Üç boyutlu (3-B) biyoyazıcı teknolojisi sayesinde osteokondral dokuyu taklit edebilecek biyomalzemeler üretmek mümkündür. Bu tezin amacı 3-B biyoyazıcı ile üretilen doku iskelelerinin tavşan dizi OKD modeline implantasyonu ve iyileşmedeki etkinliğinin belirlenmesidir. Kitosan temelli doku iskelesi 3-B biyoyazıcı kullanılarak mikroekstrüzyon tekniğiyle gradyan yapıda üretilmiştir. Kıkırdak doku için peptit amfifilleri, kemik doku için nano-hidroksiapatit ve bor katkılı nano-hidroksiapatit kullanılmıştır. Rejeneratif etkinliği arttırmak için insan umbilikal kord mezenkimal kök hücreleri doku iskeleleri içerisine eklenmiştir. In-vivo deneylerde New Zealand White cinsi erkek tavşanlar kullanılmış olup negatif kontrol (NK), pozitif kontrol (PK), hücresiz hidrojel gradyan iskele (HGİ) ve hücreli hidrojel gradyan iskele (h-HGİ) deney grupları oluşturulmuştur. Post-op 6. ve 12. hafta analizlerinde makroskobik skorlama, mikro BT ve histolojik değerlendirme kullanılmıştır. Makroskobik skorlamada 6. ve 12. haftalarda en düşük ortalama NK grubunda görülürken, en yüksek ortalama PK grubunda görülmüştür. On ikinci haftada HGİ ve h-HGİ grupları PK grubuna yakın sonuçlar vermiştir. HGİ ve h-HGİ gruplarının 12. haftada kemik hacmi/doku hacmi oranı ve kemik mineral dansitesi değerlerinin PK grubundan da yüksek olduğu görülmüştür. Histolojik incelemede; en iyi iyileşme bulguları PK grubunda ikinci olarak ise h-HGİ grubunda gözlenmiştir. h-HGİ grubunda hiyalin benzeri kıkırdak oluşumu gözlenmiştir ancak sonuçlar heterojendir. HGİ grubunda negatif kontrol grubuna kıyasla çok daha iyi kollajen sentezi görülmüştür. Sonuç olarak üretilen doku iskelesi OKD tedavisinde defekt dolumu açısından başarılı sonuçlar göstermiştir. MKH eklenerek iskelenin rejeneratif potansiyeli arttırılmıştır.

Abstract:
Tissue engineering offers creative solutions in the treatment of osteochondral defects (OCD). Thanks to 3-D bioprinting technology, it is possible to produce tissue scaffolds that can mimic osteochondral tissue. The aim of this study is to implant the 3-D bioprinted scaffold into the rabbit knee OCD model and determine its effectiveness in healing. Chitosan-based tissue scaffold was produced in a gradient structure using microextrusion technique with a 3-D bioprinter. Peptide amphiphiles were used to mimic cartilage tissue, nano-hydroxyapatite and boron-doped nano-hydroxyapatite were used to mimic bone tissue. To increase regenerative efficiency, human umbilical cord mesenchymal stem cells were added to the scaffold. New Zealand White male rabbits were used in in-vivo experiments, and negative control (NK), positive control (PK), acellular hydrogel gradient scaffold (HGI) and cellular hydrogel gradient scaffold (h-HGI) experimental groups were formed. Macroscopic scoring, micro CT and histological evaluation were used in post-operative 6th and 12th week analyses. In macroscopic scoring, the lowest mean was seen in the NK group at the 6th and 12th weeks, while the highest mean was seen in the PK group. At the twelfth week, the HGI and h-HGI groups gave results similar to the PK group. It was observed that the bone volume/tissue volume ratio and bone mineral density values of the HGI and h-HGI groups were higher than the PK group at the 12th week. In histological examination; The best recovery findings were observed in the PK group and second in the h-HGI group. Hyaline-like cartilage formation was observed in the h-HGI group, but the results were heterogeneous. The HGI group showed much better collagen synthesis compared to the negative control group. As a result, the tissue scaffold produced showed successful results in terms of defect filling in the OCD treatment. By adding MSC, the regenerative potential of the scaffold was increased.