Antitrombojenik nanokompozit kalp kapakçık malzemelerinin geliştirilmesi
Development of antithrombogenic nanocomposite heart valve leaflet materials
Yazar: AHSEN SEYREK
Danışman: PROF. DR. HALİL MURAT AYDIN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Tez çalışmasının amacı, hücresizleştirilmiş perikard yüzeyinin karbon nanotüp ile modifikasyonunun gerçekleştirilmesi suretiyle kan uyumluluğu yüksek antitrombojenik özelliğe sahip kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve bu yapıların kalp kapakçığı doku mühendisliğine yönelik uygulamalarda kullanımı için karakterize edilmesidir. Bu çalışmada güncel olarak kalp kapakçığı değişimi ameliyatlarında kullanılan mekanik ve biyoprostetik kalp kapakçıklarında meydana gelen trombojenite ve mekanik dayanım problemlerinin önüne geçilmesinde katkı sağlaması, bu sayede kalp kapakçığı ameliyatlarının tekrarlanmasına ve ömür boyu antikoagülan ilaçların kullanılmasına gerek kalmaması hedeflenmektedir. 
Bu kapsamda sığır kaynaklı perikard dokular kullanılmış ve bu dokuları hücresizleştirmek için uygun deselülerizasyon protokolü optimize edilmiş, sonrasında deselülerize edilen perikard doku yüzeyleri karboksillenmiş (-COOH) çok duvarlı karbon nanotüpler ile modifiye edilerek kompozit doku iskeleleri hazırlanmıştır. 
İlk aşamada deselülerizasyon optimizasyonu için dondurup çözme gibi fiziksel ve sodyum dodesil sülfat (SDS), Triton-X-100 gibi kimyasal yöntemler tek başına ya da fiziksel yöntem ile kombinasyonuyla kullanılarak hücresizleştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kimyasal ajanların farklı konsantrasyonlarının deselülerizasyon başarısına etkisi incelenmiştir. Ardından Hematoksilen & Eozin, DAPI, Masson's Trichrome boyamaları ile histoloji analizleri ve PicoGreen, dimetil metilen mavisi (DMMB) ve hidroksipirolin kitleri ile de biyokimyasal karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmaların sonucunda uygun deselülerizasyon grubu dondurup çözme ve %0,5 SDS (a/h) kombinasyonu olarak belirlenmiştir. İşlem görmemiş ve optimize deselülerize grup olarak seçilen gruplar ayrıca termogravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektrometre (FTIR), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), mekanik analiz ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile analiz edilmiş ve morfolojik, termal ve mekanik açıdan karakterize edilmiştir.
Tezin ikinci bölümünde deselülerize edilen sığır perikard dokular farklı konsantrasyonlarda karboksillenmiş karbon nanotüp solüsyonları ile etkileştirilmiş ve kompozit doku iskeleleri elde edilmiştir. Perikard ve karbon nanotüp etkileşiminin ne oranda başarılı olduğu termogravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektrometre (FTIR) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile karakterize edilmiştir. Etkileşme oranı en yüksek iki karbon nanotüp konsantrasyonu seçilerek kan uyumluluğu ve trombojenite değerlendirmeleri için trombosit adezyon testi, Calcein-AM boyaması, kinetik kan pıhtılaşma, hemoliz ve sitotoksisite analizleri gerçekleştirilmiştir. Bunlar dışında mekanik analiz ile karbon nanotüp modifikasyonunun mekanik dayanıma olan etkisi ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile de termal stabiliteleri incelenmiştir. Çalışılan iki kompozit malzeme de kan uyumluluğu ve antitrombojenite değerlendirmelerinde benzer sonuçlar göstermiş ve işlem görmemiş ve deselülerize doku iskelelerine kıyasla başarılı olmuştur.

Abstract:
The aim of the thesis is to develop composite scaffolds with antithrombogenic properties and high blood compatibility by modifying decellularized pericardial tissue with carboxylated carbon nanotubes and to characterize these structures for use in heart valve tissue engineering applications. In this study, it is aimed to contribute to the prevention of thrombogenicity and low mechanical strength problems that occur in mechanical and bioprosthetic heart valves currently used in heart valve replacement surgeries, thus avoiding the need for repeat heart valve surgeries and the use of lifelong anticoagulant drugs.
In this context, bovine-derived pericardial tissues were used and the appropriate decellularization protocol was optimized, then composite tissue scaffolds were prepared by modifying the decellularized pericardial tissue surfaces with carboxylated (-COOH) multi-walled carbon nanotubes.
In the first part, decellularization studies were carried out by using physical methods such as freeze-thaw and chemical methods such as sodium dodecyl sulfate (SDS), Triton-X-100 alone or in combination for decellularization optimization. In addition, the effect of different concentrations of chemical agents on decellularization success was investigated. Then, histology analyzes were performed with Hematoxylin & Eosin, DAPI and Masson's Trichrome stainings. Biochemical characterization studies were also performed with PicoGreen, dimethyl methylene blue (DMMB) and hydroxypyrrole kits. As a result of these studies, the appropriate decellularization group was determined as a combination of freeze-thaw and 0,5% (w/v) SDS agent. The untreated and optimized decellularized groups were analyzed by thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR), atomic force microscopy (AFM), mechanical analysis and differential scanning calorimetry (DSC), thus scaffolds were morphologically, thermally and mechanically characterized.
In the second part of the thesis, decellularized bovine pericardial tissues were treated with different concentrations of carboxylated carbon nanotube solutions and composite tissue scaffolds were obtained. The success of the pericardium and carbon nanotube interaction was characterized by thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) and atomic force microscopy (AFM). Platelet adhesion test, Calcein-AM staining, kinetic blood coagulation, hemolysis and cytotoxicity analyzes were performed for blood compatibility and thrombogenicity evaluations by choosing the two carbon nanotube concentrations with the highest interaction rate. Apart from these, the effect of carbon nanotube modification on mechanical strength and thermal stability were investigated by mechanical analysis and differential scanning calorimetry (DSC). The two composite scaffolds studied showed similar results in blood compatibility and antithrombogenicity assessments and were successful compared to untreated and decellularized scaffolds.