Polisakkarit ve keratin takviyeli kolajen esaslı kompozit biyomalzemelerin eldesi ve potansiyel biyomedikal uygulamalarının belirlenmesi
Synthesis of polysaccharide and keratin reinforced collagen-based composite biomaterials and determination of their potential biomedical applications
Yazar: CEMİLE CEREN KAHRAMAN
Danışman: PROF. DR. ARİFE CANDAŞ ADIGÜZEL ZENGİN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Deri Mühendisliği = Leather Engineering

Özet:
Kolajen, memelilerin bağ dokularında en bol bulunan ve hücre dışı matrisin işlevinde önemli rol oynayan temel bir proteindir. Biyouyumluluğu, düşük toksisitesi ve biyolojik olarak parçalanabilirliği nedeniyle çok çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Fakat kolajenin ekstraksiyon işleminden sonra mekanik özelliklerinin geliştirilmesi, biyomalzemelerdeki stabilitesinin ve uyumluluğunun artırılması için çapraz bağlanmaya ihtiyaç duyulduğu bilenen bir durumdur. Keratin, hayvanların farklı bölgelerinde bulunan ve güçlü mekanik özellikler gösteren yapısal bir proteindir. Bozunmaya karşı direnci, sürdürülebilir uygulamalar için aranan bir madde haline gelmesine yardımcı olmuştur. Keratin proteininin biyomalzemelerin doku mühendisliği çalışmalarında kullanımı yeni araştırılmaya başlanmıştır. Polisakkaritler, canlı organizmalar tarafından parçalanabilirlikleri ve biyolojik etkinlikleri açısından biyomedikal uygulamalarda önem kazanmışlar ve yara iyileşmesi ile ilaç dağıtımında tercih edilen malzemeler arasında yerlerini almışlardır. Tez çalışması kapsamında kolajenin keratin ve karboksimetil selüloz, akasya sakızı, soy proteini, mikro kristalin selüloz ve karragenan polisakkaritleri ile karıştırılması neticesinde biyomedikal açıdan yararlı etkilerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca bu kapsamda Vitex agnus-castus (Hayıt ağacı) ekstresinin, kolajen bazlı hibrit biyomalzemelerin dayanım ve antibakteriyel özellikleri üzerine olan etkilerinin incelenmesi de hedeflenmiştir. Bu kapsamda 101 adet film ve sünger biyomalzeme elde edilmiştir. Bu biyomalzemelere su emme, bakteriyel dayanım, fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR), termogravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve toksisite analizleri yapılarak morfolojik ve biyolojik özellikleri tespit edilmiştir. En iyi sonuç %20-30 akasya sakızı ile %3 hayıt ile çapraz bağlanmış biyomalzeme karışımları ile geliştirilen biyomalzemelerden elde edilmiştir. 
Tez çalışmasının temel yola çıkış noktası yara örtüleri, ilaç dağıtım sistemleri ve kan pıhtılaşmasını teşvik edici malzemeler gibi biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere biyouyumlu, toksik olmayan ve uygun maliyetli biyomalzemelerin geliştirilmesidir. Bu doğrultuda sonuç olarak bir dizi tıbbi kullanıma uygun ve doğal bileşenlere sahip formülasyonlar geliştirilmiş ve biyomalzeme çeşitliliği ve verimliliği artırılarak gelişen biyomedikal çalışmalarına yeni kaynaklar tez çalışması kapsamında sağlanmıştır.

Abstract:
Collagen is mostly present in the connective tissues of mammals as an essential protein and has a significant impact on the functionality of the extracellular matrix. The widespread usage of collagen may be attributed to its biocompatibility, low toxicity, and high biodegradability profile. Furthermore, it is well recognized that collagen necessitates cross-linking post-extraction to enhance its mechanical characteristics, stability, and suitability in biomaterials. Keratin is a kind of protein that is present in many sections of animals and has robust mechanical characteristics. The material's durability has made it very desirable for sustainable uses. Still, the investigation on the use of keratin protein in the field of tissue engineering research has just recently begun. Polysaccharides are increasingly valued in biomedical applications because they can be broken down by living organisms and possess biological activity. As a result, they have become highly favored for wound healing materials and medication administration. The objective of the thesis was to provide biological benefits by combining collagen with keratin and carboxymethyl cellulose, acacia gum, soy protein, microcrystalline cellulose, and carrageenan polysaccharides. The study also sought to examine the impact of Vitex agnus-castus (Chaste tree) extract on the durability and antibacterial characteristics of collagen-based hybrid biomaterials. In this thesis, a total of 101 biomaterials in the form of film and sponge were acquired. A comprehensive study was undertaken to analyze the morphological and biological characteristics of these biomaterials. This study encompassed key aspects such as water absorption, microbial resistance, fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), and toxicity assessment. The most optimal outcomes were achieved using the biomaterials derived from cross-linked mixes of 20-30% acacia gum and 3% chaste.
The main objective of this thesis comprises the advancement of biocompatible, non-toxic, and economically viable biomaterials intended for utilization in biomedical contexts, including wound dressings, drug delivery systems, and materials that promote blood coagulation. Consequently, various formulations including natural components appropriate for medical applications have been developed and new resources have been provided to the developing biomedical studies by increasing the variety and efficiency of biomaterials.