Keratin temelli nanokompozit biyomalzemelerin geliştirilmesi
Development of keratin-based nanocomposite biomaterials
Yazar: SERAP SEZER
Danışman: PROF. DR. YAŞAR MURAT ELÇİN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Faz ayrışması = Phase separation ; Keratinler = Keratins ; Polikaprolakton = Polycaprolactone

Özet:
Yapısal lifli skleroprotein keratinin sentetik polimerlere dahil edilmesi, gelişmiş özelliklere sahip biyomalzemelerin geliştirilmesi için bir çözüm olabilir.
Bu tez çalışmasında, potansiyel biyomedikal uygulamalar için hücre tutunması ve oryantasyonuna rehberlik etmeye uygun, doğal veya polietilen glikol diglisidil eter (PEGDE) ile çapraz bağlı keratin ile karıştırılmış poli(ε-kaprolakton) (PCL) polimerine dayalı mikro kanallı biyomalzemeler geliştirilmesi amaçlanmıştır. İlk önce insan saçından keratin ekstrakte edilerek; biyokimyasal bileşimi ve fizikokimyasal özellikleri analiz edildi. Daha sonra, ilk kez faz ayrıştırmalı mikroyapılandırma yöntemi kullanılarak kütlece %20 ve %40 keratin ile karıştırılan PCL'dan mikrokanallı membran yapıları oluşturuldu. Dört farklı kalıp mikro deseni değerlendirilerek tüm polimerler bileşimleri için uygun olan  kalıp çeyreği belirlendi [(oluk:20μm)x(yükseklik:10μm)x(sırt:10μm)]. Yapılar, fizikokimyasal (FTIR, XRD), termal (DSC,TGA), morfolojik (SEM), mekanik (basınç-çekme mukavemeti, bozunma) ve in vitro biyolojik (hemouyumluluk, sitouyumluluk) özellikleri açısından kapsamlı bir şekilde araştırıldı.
PCL ile keratinin karıştırılması, fizikokimyasal ve termal özellikleri çok fazla etkilemedi, ancak yapıların mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkiledi. Keratin ilavesi ile, özellikle çapraz bağlı keratin ile basınç dayanımı lineer olarak artmıştır. Tüm yapıların yüksek oranda hemouyumlu olduğu bulundu (<%0.2 hemoliz). Kök hücre kültürleri, çapraz bağlı keratin karışımlı PCL yapılarının hücre hizalaması ve çoğalması için uygun substratlar olabileceğini gösterdi.

Abstract:
The incorporation of the structural fibrous scleroprotein keratin into synthetic polymers may be a solution for the development of biomaterials with advanced properties. This study aimed to develop micro-patterned biomaterials based on poly(ε-caprolactone) (PCL) polymer blended with native or polyethylene glycol diglycidyl ether (PEGDE) cross-linked keratin, suitable for guiding cell attachment and orientation for potential biomedical applications. First, human hair keratin was extracted; its biochemical composition and physicochemical properties were analyzed. Then, micropatterned membrane constructs from PCL blended with 20% and 40% by mass of keratin were created using phase separation micromolding for the first time. Four different mold micropatterns were evaluated; the one applicable to all polymer compositions was determined [(channel:20μm)x(height:10μm)x(ridge:10μm)]. The constructs were extensively investigated for their physicochemical (FTIR, XRD), thermal (DSC,TGA), morphological (SEM), mechanical (compressive-tensile strength, degradation) and in vitro biological (hemocompatibility, cytocompatibility) properties. Blending PCL with keratin did not affect the physicochemical and thermal properties much, but significantly affected the mechanical properties of the constructs. Compressive strength increased linearly with the addition of keratin, especially with cross-linked keratin. All constructs were found to be highly hemocompatible (<0.2% hemolysis). Stem cell cultures showed that cross-linked keratin-blended PCL constructs could be suitable substrates for cell alignment and proliferation.