Doku genişletme amaçlı hidrojel sentezi, karakterizasyonu ve şişme kinetiği
Hydrogel synthesis as a tissue expander, characterization and swelling kinetics
Yazar: ELİF SUNA SOP
Danışman: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu çalışma 111S120 numaralı ?Yeni Bir Osmotik Yumuşak Doku Genişletici Geliştirilmesi: İn-vitro ve İn-vivo Çalışmalar? adlı TÜBİTAK Projesi desteği ile hazırlanmıştır. Yapılan çalışmada, doku hasarlarının kapatılması, doku onarımı gibi çeşitli amaçlarda kullanılacak ve mevcut yumuşak doku genişleticilerde yaşanmakta olan temel problemleri ortadan kaldıracak özelliklere sahip yeni bir yumuşak doku genişletici hidrojel sistemin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak, mevcuda göre daha yüksek biyouyumluluğa sahip polimerlerden, daha yavaş hızda ve yüksek kapasitede şişebilen ve mümkün olduğunca küçük ebatlarda şekillendirilebilen hidrojeller üretilmiştir. İstenilen şişme kinetiğine sahip hidrojeller, şişme hızını düşürmek ve kontrol altına almak için silikon bir kılıf içerisine konularak kullanılmış ve yara iyileşmesine olanak tanıyacak olan yaklaşık ilk on günlük süreçteki şişme hızını yavaşlatmak için silikon kılıf üzerindeki delik PCL nanofiber kullanılarak kapatılmıştır.
Hidrojel sistemleri serbest radikalik zincir polimerizasyonu ve çapraz bağlanma reaksiyonu ile sentezlenmişlerdir. Monomer olarak 2-hidroksietil metakrilat (HEMA), akrilik asit (AAc), akrilamid (AAm), metil metakrilat (MMA) ve doğal bir polimer olan karboksimetil selüloz (CMC) kullanılarak değişik bileşimlerde p(HEMA-ko-CMC), p(AAm-ko-AAc), p(AAm-ko-HEMA) ve p(AAm-HEMA-MMA) kopolimerleri sentezlenmiştir. Tüm hidrojel sistemleri için çapraz bağlayıcı olarak N,N?-Metilenbis akrilamid (BIS) ve polimerizasyon başlatıcı çifti olarak amonyum persülfat (APS) ve N,N,N?,N?-Tetrametilendiamin (TEMED) kullanılmıştır. Hidrojeller 10 mm uzunluk ve 3 mm çapa sahip olacak şekilde hazırlanmıştır.
Hidrojellerin karakterizasyonu için 37°C?de fosfat tampon çözeltisi (PBS, pH=7.4) ortamında yürütülen dinamik şişme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Deneylerde monomer ve çapraz bağlayıcı miktarı değiştirilerek farklı şişme özelliği gösteren hidrojel matrisler sentezlenmiş ve bu hidrojellerin şişme davranışının tersinirliği incelenmiştir. Bunun yanı sıra, yapısal karakterizasyon için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri alınmış ve FTIR analizi yapılmış, mekanik özellikler sıkıştırma testi, ısıl özellikler TGA analizi ve toksik özellikler sitotoksisite testleri ile belirlenmiştir. 
Dinamik şişme çalışmaları sonucunda, en uygun şişme profili gösteren hidrojel sisteminin %585 denge su içeriği ile p(AAm-ko-HEMA) hidrojelleri olduğu görülmüştür. Silikon kılıf içerisine konularak kullanılan hidrojellerde ise bu değer % 190 olarak ölçülmüştür. Kılıf üzerindeki deliğin kapatılması ise ilk 13 günlük süredeki şişme hızını düşürerek, şişme prosesini yaranın iyileşmesine olanak sağlayacak düzeye getirmiştir. Elde edilen sonuçlar kapsamında sentezlenen hidrojel sisteminin mevcut yumuşak doku genişletici hidrojele alternatif olabileceği ve doku genişletici olarak kullanılabileceği düşüncesi desteklenmiştir.

Anahtar Kelimeler: AAm, HEMA, Hidrojel, Doku genişlemesi, Doku genişletici

Abstract:
This thesis was prepared with the support of TÜBİTAK Project, named ?Yeni Bir Osmotik Yumuşak Doku Genişletici Geliştirilmesi: İn-vitro ve İn-vivo Çalışmalar? with the code number 111S120. The main goal of this research is to develop a hydrogel system, which is eliminating the problems seen in current soft tissue expander, for used in reconstructive and plastic surgeries such as the closure of tissue defects. For this purpose, hydrogels with lower swelling rate and higher swelling capacity were produced from the polymers which are more biocompatible from current expander with the size as small as possible. Then, to reduce and control gel swelling, hydrogels with desired swelling kinetic covered with silicon shell and the pore on the shell was closed by PCL nanofiber to allow wound healing for approximately the first ten days.
Hydrogels systems were prepared by a free radical chain polymerization and cross-linking. 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), acrylic acid (AAc), acrylamide (AAm), methyl methacrylate (MMA) and  a natural polymer carboxy methyl cellulose (CMC) were used as monomers and with these monomers, p(HEMA-ko-CMC), p(AAm-ko-AAc), p(AAm-ko-HEMA) and p(AAm-HEMA-MMA) hydrogels having different compositions were synthesized. N,N?-Methylenebis acrylamid (BIS) was used as a crosslinker and ammonium persulphate (APS)  and N,N,N?,N?-Tetramethylenediamine (TEMED) was used as the redox initiator pair. Synthesized hydrogels had 3 mm diameter and 10 mm length.
In order to characterize hydrogels, dynamic swelling studies performed at 37°C in phosphate buffer solution (PBS, pH=7.4). Hydrogel matrices with different swelling properties were synthesized by changing the amount of monomer and cross-linker and swelling reversibility of these hydrogels were investigated. Besides, hydrogel structure is observed by Scanning Electron Microscope (SEM) analysis, gel composition evaluated by FTIR spectroscopy, mechanical properties determined by compression test, thermal properties obtained by TGA and toxic properties were performed by cytotoxicity assays.
As a result of dynamic swelling studies, the hydrogel system producing the appropriate swelling profile was determined to be p(AAm-ko-HEMA) hydrogel with equilibrium swelling content of %585. As for hydrogels with silicone shell, equilibrium swelling content is measured as 190%. Closing the pore on the silicone shell was decreased the swelling rate of hydrogels for the first 13 days and make it possible to swelling process allowed wound healing. Through the experimental results, it is supported that synthesized hydrogel system can be used as a soft tissue expander and it can be alternative to a current hydrogel tissue expander.

Keywords: AAm, HEMA, Hydrogel, Tissue expansion, Tissue expander