Bor içeren nano hidroksiapatit kompozitlerin kemik hücrelerindeki moleküler etki mekanizmasının araştırılması
Researching of the molecular mechanism of nano hydroxyapatite composites containing boron in bone cells
Yazar: MERVE GİZER
Danışman: PROF. DR. PETEK KORKUSUZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Metabolik hastalıklar ve hasarlar ile kemiğin yapısı bozulur ve kendini yenileme kapasitesi
zarar görür. Kemiğin içerdiği iz elementler ve hidroksiapatit kristalleri; ekstraselüler
matriksinin yenilemesini destekleyecek biyomalzemelerin geliştirilmesinde önem
taşımaktadır. Tez çalışması kapsamında, kemiğin içerdiği iz elementlerden biri olan borun,
nanometre boyutundaki hidroksiapatite katılması ile, toksik etkisinin önlenmesi amacıyla
kontrollü salınarak ekstraselüler matriks yapımını destekleyeceği varsayılmıştır. Bu
varsayım doğrultusunda, nanometre boyutundaki hidroksiapatit biyoseramik ve bor elementi
ile üretilen kompozitlerden bor salım kinetikleri indüktif eşleşmiş plazma kütle
spektrometrisi yöntemi ile hesaplanmış; borun 1 saat içinde büyük oranda salındığı, salımın
sabit düşük dozda devam ettiği saptanmıştır. Bor nanohidroksi apatit kompozitin SaOS-2
osteoblastlar ve insan kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerin proliferasyonuna
etkisi WST-1 yöntemi ile değerlendirilmiş; nanometre boyutundaki hidroksiapatit ve borik
asitin etkileri ile karşılaştırıldığında osteoblastlarda proliferasyon oranını genellikle
değiştirmediği, mezenkimal kök hücrelerde yüksek dozda proliferasyonu arttırdığı
gösterilmiştir. Bor içeren nanohidroksi apatit kompozitlerin mezenkimal kök hücrelerin
osteojenik farklılaşmasını alkalin fosfataz aktivitesi üzerinden nanohidroksiapatit kompozit
ve borik asite göre arttırdığı saptanmıştır. Etkili dozda bor içeren nanohidroksiapatitin
osteoblastlardaki moleküler mekanizması transkriptom analizi ile değerlendirilmiş ve
nanohidroksiapatit kompozit ve borik asit ile karşılaştırıldığında Wnt ve TGF-β sinyal yolaklarında rol oynayan genleri etkilediği gösterilmiştir. Sonuç olarak bor içeren
nanohidroksiapatit kompozitlerin kemik hasarlarının onarımında lokal olarak
uygulanabilecek güvenli osteokondüktif doz penceresi ve etkili dozdaki moleküler etki
profili belirlenmiştir. Rejeneratif terapötik etki penceresinin ileri çalışmalarla validasyonu
gereklidir.

Abstract:
The structure of the bone and the self-renewal capacity are damaged by metabolic diseases
and damages. The trace elements and hydroxyapatite crystals in the bone are important in
the development of biomaterials to support the renewal of the extracellular matrix. In this
study, it was assumed the boron loaded nanometer sized hydroxyapatite was supposed to
support the construction of extracellular matrix by controlled boron release in order to
prevent toxic effect. In this context, boron release kinetics from nanometer sized
hydroxyapatite were calculated by ICP-MS method and it was found that boron was
released in large proportion within 1 hour and the release was continued at constant low
dose. The effect of the boron containing nanometer sized hydroxyapatite composite on the
proliferation of SaOS-2 osteoblasts and human bone marrow derived mesenchymal stem
cells was evaluated by the WST-1 method and compared with the effects of
nanohydroxyapatite and boric acid, it has been shown that do not alter the proliferation rate
in osteoblasts and increase proliferation in mesenchymal stem cells at high doses. Boron
containing nanohydroxyapatite composites have been shown to increase osteogenic
differentiation of mesenchymal stem cells by increasing alkaline phosphatase activity, as
compared to nanohydroxyapatite composite and boric acid. The molecular mechanism of
effective dose of boron-containing hydroxyapatite has been assessed by transcriptomic
analysis and shown to affect genes involved in Wnt, TGF-β and response to stress
signaling pathways when compared to nano-hydroxyapatite composite and boric acid.
Eventually, a safe osteoconductive dose range of boron-containing nano hydroxyapatite
composites for local repair of bone injuries and the molecular effect profile in the effective dose was determined has been determined. Further studies require the validation of the
regenerative therapeutic effect window.