Nöral doku mühendisliği uygulamalarında kullanılabilecek doku iskelelerinin üretimi
Production of tissue scaffolds that can be used in neural tissue engineering applications
Yazar: TUĞÇE ERGÜN
Danışman: PROF. DR. BARBAROS NALBANTOĞLU ; PROF. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Elektroeğirme yöntemi = Electrospinning method ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Kollajen = Collagen ; Polivinil alkol = Polyvinyl alcohol

Özet:
Doku mühendisliği, biyolojik fonksiyonları iyileştirmek amacıyla mühendislik ve
yaşam bilimi uygulamalarını birleştiren bir alandır. Dokularda meydana gelen
ciddi hasarlar, doğal iyileşme sürecini zorlaştırabilir. Geleneksel onarım
yöntemleri genellikle immünolojik sorunlara yol açar. Ancak günümüzde,
immünolojik sorunlara neden olmayan ve hasarlı dokuların hızla rejenerasyonunu
sağlayan yenilikçi uygulamalar bulunmaktadır.
Doku mühendisliğindeki önemli iskele türlerinden biri, hücrelerin tutunmasını,
yeni doku oluşumunu hızlandırmasını ve yapay organ ve dokuların
oluşturulmasını sağlayan nanofiber iskelelerdir. İskeleler, hücre dışı matrisin
(ECM) mimari ve biyolojik özelliklerini taklit etmelidir. ECM'yi taklit eden doku
iskelesi, biyouyumluluk, biyobozunurluk ve mükemmel mekanik özelliklere sahip
bir biyomalzemeden üretilmelidir. İskelelerin biyolojik olarak uyumlu ve
biyolojik olarak bozunabilen malzemelerden üretilmesi, hücre tutunmasını,
farklılaşmasını ve büyümesini desteklemesi önemlidir.Nanofiber yapılı iskeleler, mikro yapılı iskelelere göre daha yüksek performans sergiler. Bu yüzden doku mühendisliği uygulamalarında biyouyumlu nanofiberler
elde etmek için genellikle elektroeğirme tekniği kullanılmaktadır.
Bu çalışmada da elektroeğirme yöntemiyle poli(vinil alkol)(PVA)/kolajen
(Col)/grafen oksit (GO)/Gentamisin (GEN) karışımını içeren nanofiberler
üretilmiştir. Nanofiberlerin yüzey özellikleri ve çözelti parametrelerinin bu yüzey
etkilerine çözeltinin etkisi incelenmiş, bu nanofiber yüzeylerinin nöral doku
örtüsü olarak kullanılabilmesi için in vitro testler yapılmıştır.
İlk olarak, PVA ile hazırlanan sulu çözeltisinin elektroeğirme ile nanofiber üretim
denemeleri yapılmıştır. Ardından, kolajen eklenmiş, elde edilen çözeltilere grafen
oksit ve gentamisin eklenerek elektroeğirme yöntemi ile üretilen nanolifiberler,
çapraz bağlama-etüv işleminden sonra morfolojik test için Taramalı Elektron
Mikroskobu (SEM) ile analiz edilerrek kimyasal yapısı Fourier Transform
Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile incelenmiştir. Nanofiber iskelelerinin
stabilitesinin ve bütünlüğünün belirlenmesi için ortalama lif kalınlıkları
hesaplanmış, sonrasında çekme testi ile analiz edilmiştir. Son olarak, %13 PVA /
%0,25 Col / %0,5 GO ve gentamisin örtüsü karakterizasyonu yapılmış ve
mekanik testlere tabi tutulmuştur. Mekanik karektarizasyonu için; swelling-degradasyon (bozulma ve şişme) testleri ve antibiyotik salım testleri yapılmıştır.
Elde edilen sonuçlara göre, PVA/Col/GO nanofiber doku iskelelerinin, nöral doku
mühendisliğindeki uygulamalar için çok yönlü ve uygulanabilir olduğu ancak
geliştirilmesi gerektiği görülmüştür.

Abstract:
Tissue engineering is a field that combines engineering and life science
applications to improve biological functions. Severe damage to tissues can
complicate the natural healing process. Traditional repair methods often lead to
immunological problems. However, today there are innovative applications that
do not cause immunological problems and provide rapid regeneration of damaged
tissues.
One of the important types of scaffolds in tissue engineering is nanofiber
scaffolds, which enable cells to adhere, accelerate new tissue formation, and
create artificial organs and tissues. Scaffolds should mimic the architectural and
 biological properties of the extracellular matrix (ECM). The ECM-mimicking
 tissue scaffold must be produced from a biomaterial with biocompatibility,
biodegradability, and excellent mechanical properties. It is important that
scaffolds are produced from biocompatible and biodegradable materials,
supporting cell attachment, differentiation and growth.Nanofiber structured scaffolds exhibit higher performance than microstructured
scaffolds. Therefore, electrospinning technique is generally used to obtain
biocompatible nanofibers in tissue engineering applications.
In this study, nanofibers containing a mixture of poly(vinyl
 alcohol)(PVA)/collagen (Col)/graphene oxide (GO)/Gentamicin (GEN) were
produced by electrospinning method. The surface properties of nanofibers and the
effect of solution parameters on these surface effects were examined, and in vitro
 tests were carried out to use these nanofiber surfaces as neural tissue covers.
Firstly, nanofiber production experiments were carried out by electrospinning the
aqueous solution prepared with PVA. Then, collagen was added, and the
nanofibers produced by the electrospinning method by adding graphene oxide and
gentamicin to the resulting solutions were analyzed by Scanning Electron
Microscope (SEM) for morphological testing after the cross-linking-incubation
process, and their chemical structure was analyzed by Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR). To determine the stability and integrity of nanofiber
scaffolds, average fiber thicknesses were calculated and then analyzed by tensile
test. Finally, 13% PVA / 0.25% Col / 0.5% GO and gentamicin coating were
characterized and subjected to mechanical tests. For mechanical characterization;
Swelling-degradation tests and antibiotic release tests were performed.
According to the results obtained, it was observed that PVA/Col/GO nanofiber
tissue scaffolds are versatile and applicable for applications in neural tissue
 engineering, but need to be improved