Eklem kıkırdak hasarlarının tedavisinde mezenkimal kök hücre ile kombine olarak termojel skafold uygulaması
Thermogel scaffold application in combination with mesenchymal stem cells in the treatment of joint cartilage injuries
Yazar: SAFA GÜRSOY
Danışman: PROF. DR. MURAT BOZKURT
Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kas-İskelet Sistemi ve Rejeneratif Tıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology
Dizin: Biyomekanik = Biomechanics ; Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Eklemler = Joints ; Kas-iskelet sistemi = Musculoskelatal system ; Kıkırdak-artiküler = Cartilage-articular ; Tedavi = Treatment

Özet:
Eklem Kıkırdak hasarlarının tedavisinde Matriksle indüklenmiş otolog kondrosit implantasyonu (MACI) gibi hücre bazlı doku mühendisliği tekniklerine ait sınırlamaların üstesinden gelmek ve eklem yüzeyini yeniden oluşturmak için tek seansta uygulanabilen doku iskelelerinin rolüne dair artan bir farkındalık vardır. Kıkırdak lezyonlarının tedavisinde doku iskelelerini mikrokırık ile beraber uygulanmasının yeterli hücre yoğunluğu sağlamadığı görüşü Kemik İliği Aspirasyon Konsantrelerinin(KİK) ile doku iskelelerinin beraber uygulanması fikrini ortaya çıkarmıştır. Literatürde yer alan klinik sonuçların yanında üretilme süreci ve içeriğine bağlı olarak farklı özellikler gösteren doku iskelelerine hücre eklenmesinin doku iskelesinin yapısal durumunda oluşturacağı değişiklikleri ilişkin bilgiye literatürde rastlanılamamıştır. Çalışmada, termojel olarak adlandırılan oda sıcaklığında sıvı halde bulunup uygulandığı eklem ortamında vücut ısısında jelleşme özelliği gösteren çitosan bazlı doku iskelesinin üretilmesi, jelleşme durumu ve biyomekanik özellikleri ile kemik iliği aspirasyon konsantresi eklenmesinin bu özellikleri üzerine olası etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır.
Öncelikle Jelleşme için Kitosan çözeltisi (5 mL, pH ∼ 5,6) farklı miktarlarda amonyum hidrojen fosfat (AHP) (0,05, 0,075, 0,10, 0,15 g) ile karıştırılarak 37 ° C'de 10 dakikalık süre içerisinde jelleşme sağlanabilen AHP konsantrasyonu belirlendi. Ardından kadavra koyun dizlerinde jelleşme belirlenen konsantrasyon ile  sağlanarak jelleşen hücresiz ve hücreli doku iskelelerinin biyomekanik özellikleri CellScale Univert Biomaterial Tester (CellScale, Kanada) cihazı kullanılarak kompresyon modunda değerlendirildi.
Jelleşme için istenilen 10 dakika süre içerisinde en az AHP düzeyi ile jelleşme 0.075 g ile sağlandığı tespit edildi. Grup 1'de seçilen 3 hücresiz doku iskelesine ait Young modülü sırasıyla 0,215, 0,2282 ve 0,2617 olarak hesaplandı. Grup 2'de seçilen 3 hücreli  doku iskelesine ait Young modülü sırasıyla 0,0992, 0,2749 ve 0,2109 olarak hesaplandı. Grup 1 hücresiz doku iskeleleri ortalama Young Modülü değeri 0,235 ± 0,024 ve Grup 2 hücreli doku iskeleleri için Young Modülü değeri 0,195 ± 0,089 olarak hesaplandı. Young Modülü değeri hücresiz grupta yüksek bulunmakla birlikte iki grup arasındaki bu farkın istatistiksel anlamlı olmadığı tespit edildi (p= 0,247). 
Çalışmadan elde edilen verilen ışığında KİK eklenmesinin termojel doku iskelesinin biyomekanik özelliklerinde anlamlı farklılık yaratmayabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
There is a growing awareness of the role of tissue scaffolds that can be applied in one session to overcome the limitations of cell-based tissue engineering techniques such as Matrix-induced autologous chondrocyte implantation (MACI) in the treatment of joint cartilage injuries and to regenerate the joint surface. In the treatment of cartilage lesions, the notion that the application of tissue scaffolds together with microfractures does not provide sufficient cell density has led to the idea of applying Bone Marrow Aspiration Concentrates (BMAC) together with tissue scaffolds. In addition to the clinical results in the literature, there is no information in the literature regarding the changes in the structural properties of the tissue scaffolding that the addition of cells to tissue scaffolds with different characteristics depending on the production process and content. In the current study, it was aimed to produce a chitosan-based tissue scaffold, which is liquid at room temperature, which is called thermogel, and has the property of gelating at body temperature in the joint environment where it is applied, the gelation state and biomechanical properties, and the possible effects of adding bone marrow aspiration concentrate on these properties.

First of all, Chitosan solution (5 mL, pH ∼ 5.6) for gelation is mixed with different amounts of ammonium hydrogen phosphate (AHP) (0.05, 0.075, 0.10, 0.15 g). The concentration of AHP capable of gelling at 37 ° C within 10 minutes was determined. Then, the biomechanical properties of cell-free and cellular tissue scaffolds that gelled by providing gelation in cadaver sheep knees at the determined concentration were evaluated in compression mode using the CellScale Univert Biomaterial Tester (CellScale, Canada).

It was determined that gelling was achieved with the minimum AHP level within the desired 10 minutes for gelling, with 0.075 g. Young's modulus of 3 cell-free tissue scaffolds selected in Group 1 were calculated as 0.215, 0.2282 and 0.2617, respectively. Young's modulus of the 3-cell tissue scaffold selected in Group 2 was calculated as 0.0992, 0.2749 and 0.2109, respectively. The average Young's Modulus value was calculated as 0.235 ± 0.024 for Group 1 cell-free tissue scaffolds and 0.195 ± 0.089 for Group 2 celled tissue scaffolds. Although the Young's Modulus value was high in the cell-free group, this difference between the two groups was not statistically significant (p = 0.247).

In the light of the data obtained from the study, it is thought that the addition of BMAC may not make a significant difference in the biomechanical properties of the thermogel tissue scaffold.