Fototerapinin yağ dokusundan türetilmiş mezenkimal kök hücrelerin osteojenik indüksiyonuna etkilerinin metakrilatlanmış jelatin hidrojel ile rekonstrükte edilmiş kritik boyutlu kraniyal kemik defekti modelinde değerlendirilmesi
Evaluation of the effect of photobiomodulation on osteogenic differentiation of adipose derived mesenchymal stem cells loaded in metacrylated gelatin hydrogel scaffolds for reconstruction of critical sized bone defect model
Yazar: MERT ÇALIŞ
Danışman: PROF. DR. FATMA FİGEN ÖZGÜR
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Plastik Rekonstrüktif ve Estetik Cerrahi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Plastik ve Rekonstrüktif Cerrahi = Plastic and Reconstructive Surgery
Dizin: Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Fototerapi = Phototherapy ; Hidrojeller = Hydrogels ; Kemik defektleri = Bone defects ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Kök hücreler = Stem cells ; Metakrilat = Methacrylate

Özet:
Bu çalışmada amaçlanan, polikromatik yolla uygulanan fotobiyomodülasyon (FBM) yaklaşımının kemik doku üzerinde rejeneratif etkisinin ve yağ dokusundan elde edilen mezenkimal kök hücrelerin farklılaşması üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesidir. Çalışmada 36 adet male Sprague-Dawley sıçan kullanılmış ve hayvanlar 3 eşit deney grubuna randomize olarak ayrılmıştır. Tüm hayvanlarda biparietal, 6 mm. çapında, yuvarlak ve tam kalınlıkta kemik defektleri meydana getirildi. Birinci deney grubu kontrol grubu iken, ikinci grubu sadece metakrilatlanmış jelatin yapıda hidrojel doku iskelesi (JEL-MA, üçüncü grubu ise adipoz kökenli mezenkimal kök hücre (AkMKH) yüklenmiş metakrilatlanmış jelatin yapıda hidrojel doku iskelesi (AkMKH+JEL-MA) içermekteydi. Tüm gruplar kendi içinde iki alt gruba ayrılarak yarısına FBM uygulanırken, diğer yarısına uygulanmadı. Kemikleşmenin değerlendirilebilmesi amacıyla cerrahi işlem sonrası 20. haftada hayvanlar sakrifiye edilerek kalvariyal kemikler bütün olarak çıkarıldı. Elde edilen örnekler makroskopik, histolojik ve mikrotomografik olarak değerlendirildi. Histolojik olarak yeni kemik oluşumu açısından en yüksek değerler JEL-MA ve JEL-MA+AkMKH gruplarında saptanmıştır ve kontrol grubuyla karşılaştırıldığında anlamlı farklılık saptanmıştır (p<0.001). Mikrotomografik değerlendirme sonucunda en yüksek kemikleşme yüzdesi JEL-MA+AkMKH'lerin uygulandığı grupta elde edilmiştir. FBM- örneklerde ortalama olarak yüzde 60.62±6.34 kemikleşme gözlenmişken, FBM+ olan örneklerde ortalama kemikleşme yüzdesi 79.93±3.41 olarak tespit edilmiştir. Fotobiyomodülasyon alma durumuna göre JEL-MA+AkMKH grubuna ait sonuçlar karşılaştırıldığında anlamlı olarak fotobiyomodülasyon uygulama durumunun fark yarattığı gözlemlenmektedir (p=0.002). Sonuç olarak, polikromatik ışık kaynakları yoluyla fotobiyomodülasyon uygulamasının kemik iyileşmesine olumlu etkileri olduğu ve yağ dokusundan türetilmiş kök hücrelerin osteojenik farklılaşmasında uyarıcı etkisi olabileceği yönünde fikir vermiştir.


Anahtar Kelimeler: fotobiyomodülasyon, metakrilatlanmış jelatin hidrojel,
mezenkimal kök hücre, kemik doku mühendisliği, kritik
boyutlu kemik defekti

Abstract:
The aim of this study was to evaluate the regenerative effect of photobiomodulation (PBM) administered using polychromatic light sources on bone formation and on differentiation of adipose derived mesenchymal stem cells. 36 Sprague-Dawley male rats were divided into 3 equal groups randomly biparietal full thickness cranial bone defects (6mm. in diameter) were created. First group eas the control group, and the second group recieved metacrylated gelatin hydrogel scaffold (JEL-MA). Third experimental group was treated with adiposed derived mesenchymal stem cells loaded metacrylated gelatin hydrogel scaffold (AkMKH+JEL-MA). Each group was subdivided and half of them received FBM while other half did not. Macroscopic, histologic and microtomographic assessments were performed at 20th week after transplantation to evaluate bone formation. Histologically, in means of new bone formation significantly better results were observed in JEL-MA and AkMKH+JEL-MA groups compared to control group (p<0.001). Microtomographic evaluation revealed highest bone formation in AkMKH+JEL-MA group. FBM – samples show 60.62±6.34 percent bone formation in average whereas FBM+ samples displayed mean 79.93±3.41 percent of bone formation. FBM administration significantly affected mikrotomographic results bone formation (p=0.002). In conclusion, administration of photobiomodulation in polychromatic fashion appears to stimulates new bone formation and may stimulate adipose derived mesenchymal stem cells on osteogenic differentiation.


Key Words: photobiomodulation, metacrylated gelatin hydrogels, mesenchymal
stem cells, bone tissue engineering, critical sized bone defect