BMP-6 yüklü aljinat mikroküreler ve kitosan doku iskeleleri ile periodontal doku mühendisliği
Periodontal tissue engineering with BMP-6 loaded alginate microspheres and chitosan scaffolds
Yazar: ZELİHA SORAN
Danışman: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Sunulan tez çalışmasında, periodontal kemik doku rejenerasyonunu desteklemek için kemik morfojenik proteini-6 (BMP-6) yüklü aljinat mikroküre içeren kitosan doku iskelelerinin üretimi amaçlanmıştır. Bu hedefe yönelik olarak aljinat mikrokürelerin üretim, karakterizasyon ve kitosan doku iskelelerine yüklenme çalışmaları yürütülmüş; ayrıca üretilen doku iskelelerinin etkinlikleri hücre kültür sistemlerinde araştırılmıştır.Tez kapsamında, ilk olarak %2 (w/v) polimer bileşimine sahip aljinat mikroküreler, elektrospreyleme tekniği kullanılarak üretilmiş, dondurarak kurutulmuştur. 37oC'de fosfat tampon çözeltisi içerisinde yürütülen şişme deneylerinin yanı sıra, hücre büyüme ortamında biyobozunurluk çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ek olarak optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskop (SEM) görüntüleri kullanılarak yapılan karakterizasyon çalışmaları sonucunda 60 mL/sa akış hızı, 8 kV potansiyel fark ve 16 cm şırınga ucu-toplayıcı mesafesi koşullarında üretilen ve 360 µm ortalama çapa sahip aljinat mikrokürelerin amaca uygun olduğu belirlenmiştir.Mezenkimal kök hücrelerin osteojenik farklılaşmasında büyük bir öneme sahip olan BMP-6, üretim aşamasında mikrokürelere yüklenmiştir. In vitro salım çalışmaları, floresan izotiyosiyanat (FITC) işaretli BMP-6 içeren mikroküre yüklü kitosan doku iskeleleri ile yürütülmüş ve ölçümler floresan spektrofotometresi ile yapılmıştır. Doku iskelesi (10 mm çap, 1 mm kalınlık, 0,003 g) başına 100 ng BMP-6 yüklü aljinat mikrokürelerin, hücre kültür çalışmaları için kullanılması uygun görülmüştür.Hücre kültür çalışmaları, durgun ortam koşullarında sıçan kemik iliği mezenkimal kök hücreleri kullanılarak gerçekleştirilmiş; hücrelerin doku iskelelerine yapışmaları, büyümeleri ve osteojenik farklılaşmaları incelenmiştir. Aljinat mikrokürelerin BMP-6'nın kontrollü salımını desteklediği belirlenmiş, buna bağlı olarak, mezenkimal kök hücrelerin doku rejenerasyonu için daha uygun bir sürede osteojenik farklılaşmaları sağlanmıştır.Elde edilen sonuçlar değerlendirilerek, tez kapsamında üretilen sistemin periodontal doku mühendisliği için uygun olduğu belirlenmiş ve elektrospreyleme tekniğinin homojen boy ve boy dağılımına sahip mikroküre üretimi için önemli bir yöntem olduğu sonucuna varılmıştır.Anahtar kelimeler: Periodontal doku mühendisliği, BMP-6, kitosan doku iskelesi, aljinat mikroküre, mezenkimal kök hücre.

Abstract:
In the presented study, it is aimed to synthesize implantable, nontoxic and biodegradable scaffolds with bone morphogenetic protein-6 (BMP-6) loaded alginate microspheres for the periodontal bone regeneration. For this purpose, studies of alginate microspheres? fabrication, characterization and loading techniques to chitosan scaffolds were performed; also efficiency of the synthesized chitosan scaffolds on cell culture were investigated.In the first part of the study, alginate microspheres were prepared by electrospraying technique of 2% polymer solution and then microspheres were freeze-dryed. For the characterization, swelling studies in phosphate buffer saline (PBS) at 37oC, as well as the studies of biodegradation in cell growth media were carried out. According to the images of optical microscope and scanning electron microscope (SEM); the microspheres which are synthesized in the conditions of 60 mL/h flow rate, 8 kV voltage and 16 cm nozzle-collector distance, average diameter are 360 µm, were determined as appropriate group.Bone morphogenetic protein-6 (BMP-6) which is very effective as growth and osteogenic differentiation factor on mesenchymal stem cells were loaded to microspheres during fabrication. In-vitro release studies were performed with chitosan scaffolds that includes FITC-labeled BMP-6 loaded microspheres, and evaluated by fluorescence spectrophotometer. Results showed that chitosan scaffolds (10 mm diameter, 1 mm thickness, 0,003 g) which include 100 ng BMP-6 loaded alginate microspheres were appropriate for cell culture studies.Cell culture studies were carried out with rat bone marrow mesenchymal stem cells in static conditions. The attachment, proliferation and osteogenic differentiation of stem cells to scaffolds were examined. Results indicated alginate microspheres were appropriate devices for controlled delivery, accordingly the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells were better for tissue regeneration.In conclusion, results obtained from the characterization and cell culture studies showed that the synthesized system is appropriate for using in periodontal tissue engineering and electrospraying is very important technique for fabrication of microspheres that have homogeneous size and size distribution.Key words: Periodontal tissue engineering, BMP-6, chitosan scaffold, alginate microspheres, mesenchymal stem cells.