Hacimsel iskelet kası hasarları için polimer bazlı destek malzemelerin geliştirilmesi
Development of polymer based support materials for volumetric skeletal muscle damage
Yazar: BERK BAŞTÜRKMEN
Danışman: DOÇ. DR. EDA AYŞE AKSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Önemli bir sosyal ve ekonomik yükü oluşturan hacimsel kas kayıpları her yıl milyonlarca insanı kazalar, savaşlar ve tümör operasyonları sebepleri ile etkilemektedir. İskelet kası yapısı doğal onarım mekanizmasına sahip olmasına rağmen, kritik seviyenin üzerindeki kayıplarda kendi kendine iyileşmeyi sağlayamamaktadır. Bu durum ciddi oranda fonksiyonel hasarlar ve estetik eksikliklerle sebep olmaktadır. İskelet kası doku mühendisliği yaklaşımlarında hacimsel kas kaybını desteklemek ve hücresel davranışları yönlendirmek için fonksiyonel doku iskelesi tasarımlarına odaklanılmıştır.
Bu tez çalışmasında, hacimsel iskelet kası hasarları için polimer bazlı destek malzemelerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç için doğal kas dokusunu taklit edebilmek amacıyla hizalanmış, hücresel gelişimi ve yönelimi destekleyecek seviyede elektriksel aktiviteye sahip poli(ε-kaprolakton) (PCL) bazlı fiber iskeleler hazırlanmıştır. Fiber iskelelerin üretimi için bilgisayar destekli Döngüsel Islak Eğirme Düzeneği (DIED) geliştirilmiştir. İletken özelliğe sahip gümüş nanoteller (AgNT) ile katkılanmış PCL-AgNT kompozit fiberler yüksek verim ile üretilmiştir. DIED üretim parametrelerinin; PCL molekül ağırlığı, çözücü sistemi, çöktürme banyosu sıcaklığı, PCL ve AgNT derişimleri vb. optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Fiberlerin kimyasal, morfolojik, ısıl özellikleri ve biyobozunma davranışları karakterize edilmiştir. C2C12 fare myoblast iskelet kası hücrelerinin elektriksel uyarım altında ve elektriksel uyarım uygulanmadan PCL ve PCL-AgNT kompozit fiber iskeleler üzerindeki çoğalma davranışları ve morfolojileri incelenmiştir. Hücre kültür çalışmalarının 7. gününde, 1.5 V ile 3 V elektriksel uyarım gerilimi altında PCL-AgNT kompozit fiber iskele yüzeylerinde PCL fiberler göre daha fazla hücre çoğalması ve canlılığı gözlenmiştir.
Tez çalışması kapsamında DIED ile antibakteriyel özelliğe sahip kompozit fiber formülasyonları geliştirilmiştir. Antibakteriyel ilaç etken madde sülfatiyazol - AgNT kompleksi hazırlanmış ve kompozit fiber üretimi DIED ile gerçekleştirilmiştir.  Sülfatiyazol - AgNT yüklü fiberlerin antibakteriyel özellikleri disk difüzyon testi ile 4 farklı bakteri türü için incelenmiş, yüksek başarı elde edilen bakteri türleri ile erken aşama bakteriyel tutunma çalışmaları gerçekleştirilmiştir.
Sonuç olarak, PCL-AgNT kompozit fiberler ve antibakteriyel formları iskelet kası doku destek malzemeleri adayı olarak başarılı ve umut vaat edici özellikler sunmuştur.

Abstract:
Volumetric muscle losses, which constitute an important social and economic burden, affect millions of people every year due to accidents, wars and tumor operations. Although skeletal muscle structure has a natural repair mechanism, it cannot provide self-healing in losses above critical level. This causes serious functional damage and aesthetic deficiencies. Skeletal muscle tissue engineering approaches have focused on functional tissue scaffolding designs to support volumetric muscle loss and guide cellular behavior.
In this thesis, it is aimed to develop polymer based support materials for volumetric skeletal muscle injuries. For this purpose, poly(ε-caprolactone) (PCL) based aligned fiber scaffolds were prepared in order to mimic natural muscle tissue and provide an electrical activity for cellular development and orientation. A computer-aided Rotational Wet Spinning System (DIED) was developed for fiber production. Silver nanowire (AgNT) containing PCL-AgNT composite fiber scafolds were produced with high yield. The optimization of DIED production parameters were carried in terms of PCL molecular weight, solvent system, precipitation bath temperature, PCL and AgNT concentrations etc. The chemical, morphological, thermal properties and biodegradation profiles of fibers were characterized.  The proliferation behavior and morphology of C2C12 mouse myoblast skeletal muscle cells were investigated on PCL and PCL-AgNT composite fibers scaffolds under electrical stimulation and without electrical stimulation. On the 7th day of cell culture studies, higher cell proliferation and viability were observed on PCL-AgNT composite fiber surfaces compared to PCL fibers under 1.5 V and 3 V electrical stimulation.
Within the scope of the thesis, composite fiber formulations with antibacterial properties were also developed with DIED. Antibacterial drug active agent sulfatiazole - AgNT complex was prepared and composite fiber production was carried out with DIED. Antibacterial properties of Sulfatiazole - AgNT loaded fibers were examined for 4 different bacteria types by disk diffusion test, and early stage bacterial adhesion studies were carried out with high success bacteria types.
As a result, PCL-AgNT composite fibers and their antibacterial forms provided successful and promising properties as candidates for skeletal muscle tissue support materials.