Kemik doku mühendisliğine yönelik sitrat içeren iskele yapıların 3b baskı ile üretilmesi ve etkinliğinin değerlendirilmesi
Producing with 3d printing and evaluation of efficiency of scaffold structures containing citrate for bone tissue engineering
Yazar: MÜGE MUŞMULA
Danışman: PROF. DR. SERDAR SEZER
Süleyman Demirel Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Rejeneratif Tıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Polikaprolakton = Polycaprolactone ; Rejeneratif tıp = Regenerative medicine ; Sitratlar = Citrates ; Üç boyutlu biyoyazıcılar = Three-dimensional bioprinter

Özet:
Kemik dokusu kendini yenileme yeteneğine sahiptir; ancak çeşitli cerrahi operasyonlar veya travmalar sonucunda meydana gelen kritik boyuttaki kusurlar kemiğin yenilenmesini engeller ve ek destek gerektirir. Kemik doku mühendisliğinin gelişimi ile kemiği yeniden oluşturmak için fonksiyonel alternatifler ortaya çıkmıştır. İskele yapıların kullanıldığı durumlarda kemik rejenerasyonunun entegrasyonunun ve desteklenmesinin başarılı olması için, kemik doku mühendisliği iskeleleri doğal kemik yapısına benzer özellikler sağlamalıdır. Kemik doku mühendisliği uygulamalarında, biyobozunur, biyouyumlu, vücudun kendi dokusu işlev kazanana kadar yapısal ve biyomekanik destek sağlayan biyomateryallerden üretilmiş iskele yapılarının kullanılması gereklidir.
Olgunlaşmamış kemik dokusunda bulunan hidroksiapatit nanopartiküllerini taklit eden biyomateryallerin geliştirilmesi, özellikle kemiğin yeniden şekillenmesini ve yenilenmesini hızlandırmak için çok önemlidir.  1960'ların başlarında, sitrat moleküllerinin kemiğin organik bileşenlerinde oldukça bol olduğu (ağırlıkça %5) bulunmuştur. Sitrat, kemik dokusunda hidroksiapatit nanopartiküllerinin stabilize edilmesi ile katıldığı iyi bilinen kemik dokularının vazgeçilmez bir bileşenidir. Sitratın, apatit nanokristal yapısının güçlü bir şekilde bağlı ve ayrılmaz bir parçası olduğunu göstermektedir. Bağlı sitrat, kemikte mevcut apatit yüzey alanının yaklaşık 1/6'sını kaplar ve kemikteki organik maddenin ağırlıkça %5,5'ini oluşturur. En önemlisi, sitratın nanokristal yapıya dahil edilmesi, kristal kalınlaşmanın bir belirleyicisidir. Bu, stabilitesi, gücü ve kırılmaya karşı direnci gibi kemiğin önemli özelliklerini kazandırmak için kritiktir. Bu yeni keşfedilen ilişkiler, kemiğin hemen hemen her alanında kritik etkileri olan vazgeçilmez bir sitrat rolü kurar; iskelet büyümesi ve gelişimi, yaralanma ve onarım, kemik bozuklukları ve daha fazlası gibi.
Bu tez çalışması kapsamında, kemiğe özgü özellikler olan gözenekli kompozit yapıya sahip olan iskele yapıları farklı mikro tasarımlarda (PCL/sitrat grubu plastikleştiriciler) üç boyutlu (3B) biyoyazıcı teknolojisi kullanılarak geliştirilmesi amaçlanmıştır. Farklı mikro tasarımlara sahip PCL/sitrat grubu plastikleştiricilerden oluşan kompozitlerden geliştirilen modellerin hücre proliferasyonu ve sinyalleri açısından değerlendirilmiş ve in vitro şartlarda hücre cevaplarına göre farklı mikro tasarım ve sitrat bileşiklerinin kemik doku mühendisliği grefti olarak kullanım potansiyelleri ortaya konulmuştur.

Abstract:
Bone tissue has the ability to regenerate itself; however, critically sized defects resulting from various surgical operations or traumas prevent bone regeneration and require additional support. With the development of bone tissue engineering, functional alternatives have emerged to regenerate bone. For to be successful the integration and support of bone regeneration where scaffolds are used, bone tissue engineered scaffolds must provide properties similar to natural bone structure. In bone tissue engineering applications, biodegradable, biocompatible it is necessary to use scaffold structures produced of biomaterials that provide structural and biomechanical support until the body's own tissue gain functions.
The development of biomaterials that mimic hydroxyapatite nanoparticles found in immature bone tissue is crucial, especially to accelerate bone remodeling and regeneration. In the early 1960s, citrate molecules is found to be highly abundant (5% by weight) in the organic components of bone. Citrate is an indispensable component of bone tissues, well known to participate in stabilizing hydroxyapatite nanoparticles in bone tissue. It is shows that citrate is a strongly bound and integral part the structure of apatite nanocrystalline. Bound citrate occupies approximately 1/6 of the apatite surface area available in bone and constitutes 5.5% by weight of organic matter in bone. Most importantly, the incorporation of citrate into the nanocrystalline structure is a determinant of crystal thickening. This critical to give the important features to the bone for such as its stability, strength and resistance. These newly discovered relationships establish an indispensable role of citrate with critical effects in almost every area of bone; such as skeletal growth and development, injury and repair, bone disorders and more.
Within the scope of this thesis, it is aimed to develop scaffold structures with porous composite structure, which are bone-specific properties, in different micro designs (PCL/citrate group plasticizers) using three-dimensional (3D) bioprinting technology. Models developed from composites of PCL/citrate group plasticizers with different micro designs were evaluated in terms of cell proliferation and signals, and the potential for use of different micro designs and citrate compounds as bone tissue engineering grafts according to cell responses in vitro conditions were revealed.