Nanofibriler yapıda biyopolimerik doku iskelelerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of biopolymeric scaffolds in nanofibrillar structure
Yazar: ZEYNEP KARAHALİLOĞLU
Danışman: PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ ; YRD. DOÇ. DR. MESUT ŞAM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Doku mühendisliği, hasarlı doku onarımı ve rejenerasyonu amacıyla dokuya fonksiyonelliğini tekrar kazandırmak için kimya, mühendislik ve biyoloji prensiplerini birleştiren multidisipliner bir alandır. Doku mühendisliğinin bileşenleri, rejenerasyonun olması beklenen dokuya özgü hücreler, hücrelerin üzerinde büyüyeceği yapay bir ekstraselülar matriks olan polimerik doku iskelesi, hücrelerin doğal ortamlarındaki mekanik kuvveti simüle eden biyoreaktörler ve biyosinyal molekülleridir. Bu bileşenlerin en önemlisi doku iskelesidir. Doku iskelesi doku bütünleşmesine ve vaskülarizasyonuna izin verecek birbiriyle bağlantılı por yapısına, istenen hücrelerin yapışması, büyümesi ve farklılaşması için uygun yüzey kimyasına, implantasyon bölgesine uygun mekanik özelliklere, doku oluşumuna paralel bir şekilde degrade olabilme ve kolay üretilebilme özelliğine sahip olmalıdır. Bu açıdan bakıldığında nanofiberler yüksek yüzey alan/hacim oranı ve birbirleri ile bağlantılı, gayet güzel bir por yapısına sahiptir. Bu özellikler ileri doku mühendisliği uygulamaları için, polimerin yüzey kimyasını ve fonksiyonelliğini olumlu yönde değiştirerek, hücre yapışması, proliferasyonu, göçü ve farklılaşması açısından nanofiberleri ayrıcalıklı hale getirir. Nanofiberler kas, kemik, kıkırdak, ligament, iskelet-kas, deri, vasküler sistem, nöral doku mühendisliğinde; protein ve DNA taşıyıcısı olarak aynı zamanda kontrollü ilaç salımı için de kullanılabilir.Doku mühendisliğinde doku iskelesi materyali olarak doğal ve sentetik polimerler, seramikler, metaller ve bu materyallerin kombinasyonları kullanılmaktadır. Polihidroksialkaoatlar (PHA) biyouyumluluk ve biyodegredasyon özellikleriyle doku iskelesi materyali olarak iyi bir alternatiftir. PHB ise polihidroksialkanoat ailesinin bir üyesi olarak in- vitro ve in-vivo çalışmalarda sıklıkla kullanılan eşsiz özelliklere sahip bir biyomateryaldir.Sunulan çalışma kapsamında; öncelikle doku iskelesi hazırlanmasında kullanılacak olan bakteriyel polyesterler üretildi ve saflaştırıldı. Bu aşamada bakteriyel polyesterlerin hazırlanmasında `'Alcaligenes eutrophus'' adlı mikroorganizma hattı kullanıldı. Elde edilen polimerin molekül yapısı NMR (Nükleer Manyetik Rezonans) kullanılarak karakterize edildi.Çalışmanın sonraki aşamasında ticari ve bakteriyel PHB kullanılarak karşılaştırmalı olarak dondururarak kurutma ve elektrospinning yöntemi ile doku iskeleleri hazırlandı. Hazırlanan doku iskeleleri modifiye edildikten sonra fizikokimyasal testler (mekanik test cihazı) yapıldı. Morfolojik yapısının incelenmesi için SEM ve optik mikroskoptan faydalanıldı. Ayrıca hazırlanan doku iskelelerinin biyolojik uyumluluğu (direkt ve indirekt yöntemler) mesane kanser hücresi kullanılarak test edildi.Anahtar Sözcükler: PHB, doku iskelesi, nanofiber, elektrospinning

Abstract:
Tissue engineering is a multidisciplinary field which combines chemistry, engineering and biology principles with the aim of tissue repair and regeneration. Components of tissue engineering include; cells of tissue to be regenerated, polymeric scaffold, an artificial extracellular matrix to host cells, bioreactors which simulate mechanical forces of cells in their native medium and biosignal molecules. Scaffold is the most important component among others. A scaffold must have properties such as interconnected pore structure which allows vascularization, suitable surface chemistry which allows attachment, proliferation and differentiation of cells, mechanical properties which are suitable for implantation site, biodegradation properties which is appropriate with tissue regenaration and easy fabrication. In this respect, nanofibers have high surface/volume ratio and suitable pore structure. These properties make nanofibers special for cell attachment, proliferation, migration and differentiation for advanced tissue engineering applications. Nanofibers can be used for muscle, bone, cartilage, skeleton-muscle, skin, vascular system, neural tissue engineering, as protein and DNA carriers as well as controlled drug release.Natural and synthetic polymers, ceramics, metals and combination of these materials are used for the preparation of tissue engineering scaffolds. Polyhydroxyalkanoates (PHA) are good alternatives for the preparation of scaffolds due to their biocompatibility and biodegradation. Polyhydroxybutyrate (PHB) which is widely used for in vitro-in vivo studies and has unique properties is a member of polyhydroxyalkanoate family.In this presented study; firstly bacterial polyesters which was used for the preparation of scaffolds were produced and purified. `?Alcaligenes eutrophus?? was used for the production of bacterial polyesters. Molecular structure of obtained polymer was determined by using nuclear magnetic resonance (NMR).Next, scaffolds were prepared from commercial and bacterial PHB by using freeze-drying and electrospinning methods. After modification of prepared scaffolds physicochemical tests (mechanical test instrument) were performed. For the investigation of morphological structure scanning electron microscopy (SEM) and optical microscope were used. Biocompatibility of prepared scaffolds were tested by using bladder cancer cells.Keywords: PHB, scaffold, nanofiber, electrospinning