Rejeneratif tıpta hidrojellerin in vitro biyolojik uygulamalarının incelenmesi
Investigation of in vitro biological applications of hydrogels in regenerative medicine
Yazar: RUMEYSA TUTAR
Danışman: PROF. DR. CEMAL ÖZEROĞLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Büyük gerilmelere dayanabilen mekanik olarak güçlü ve dayanıklı biyo-yapışkan hidrojellerin tasarlanması mesane gibi oldukça gerilebilir dokuların dikişsiz kapatılması için yeni fırsatlar açabilmektedir. Çapraz bağlanabilir kısımların fonksiyonel grup yoğunluğunun arttırılması ve bunların diğer polimerler veya nanomalzemelerle harmanlanması gibi hidrojellerin tipik kimyasal modifikasyonları, geliştirilmiş mekanik sertlikle sonuçlanmasına rağmen, modifiye edilmiş hidrojeller, çoğunlukla, büyük gerilmeler altında bozulma ile sonuçlanan artan kırılganlık sergilemişlerdir. Buna göre, görünür ışığa maruz kalma gibi minimal invaziv yöntemler kullanılarak, talep üzerine yerinde çapraz bağlanabilen enjekte edilebilir, sert hidrojeller geliştirmek, karşılanamayan bir tıbbi zorluktur. Doku sızdırmazlığı için ortaya çıkan biyopolimerler arasında, denatüre kolajenden elde edilen doğal olarak türetilmiş bir biyopolimer olan jelatin metakrilil (GelMA), mükemmel biyoadherasyon, biyobozunurluk ve biyouyumluluk sonucu umut verici bir rol üstlenmiştir. Burada, GelMA'nın ana eksikliklerinden birinin, yani kırılganlığın üstesinden gelmek için, suşu altındaki enerjiyi dağıtabilen iyon kaynaklı tersinir çapraz bağlanma elde etmek için metakrilat ile modifiye edilmiş aljinat (AlgMA) kullanarak hibritledik. Hibrit GelMA-AlgMA hidrojelleri, kalsiyum gibi iki değerli katyonlar kullanılarak tasarlanabilen mükemmel tokluğa sahip, foto çapraz bağlanabilir, enjekte edilebilir ve yapışkan bir platform sağlar. % 600'den fazla iyileştirilmiş tokluğa sahip olan bu yeni hibrid biyopolimer sınıfı, özellikle gerilebilir dokular için minimal invaziv prosedürde dayanıklı, mekanik olarak esnek ve düşük maliyetli doku sızdırmazlık maddeleri için aşama oluşturabilir. Hidrojellerin tokluğunu arttırma stratejimiz, benzer şekilde reaktif kısımlara sahip diğer çapraz bağlanabilir polimerlere genişletilebilir.

Abstract:
Sutureless sealing of highly stretchable tissues such as the bladder would be possible by designing mechanically robust and durable bioadhesive hydrogels that can withstand large stresses. While typical chemical modifications of hydrogels, such as increasing the functional group density of crosslinkable moieties and blending them with other polymers or nanomaterials have resulted in improved mechanical stiffness, the modified hydrogels have often exhibited increased brittleness resulting in deteriorated sealing capabilities under large strains. Accordingly, developing injectable, tough hydrogels that can be crosslinked in situ on demand using minimally-invasive methods, such as visible light exposure is an unmet medical challenge. Among the emerging biopolymers for tissue sealing, gelatin methacryloyl (GelMA), a naturally-derived biopolymer obtained from denatured collagen, has secured a promising role as a result of its excellent bioadhesion, biodegradation, and biocompatibility. Here, to overcome one of the main shortcomings of GelMA, i.e., brittleness, we hybridized it using methacrylate-modified alginate (AlgMA) to impart ion-induced reversible crosslinking that can dissipate energy under strain. The hybrid GelMA-AlgMA hydrogels provide a photocrosslinkable, injectable, and adhesive platform with an excellent toughness that can be engineered using divalent cations, such as calcium. This class of novel hybrid biopolymers with more than 600% improved toughness may set the stage for durable, mechanically-resilient, and cost-effective tissue sealants in minimally invasive procedure, especially for stretchable tissues. Our strategy to increase the toughness of hydrogels may be extended to other crosslinkable polymers with similarly-reactive moieties.