Doku mühendisliği uygulamalarına yönelik fibroin esaslı modifiye iskelelerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of fibroin based modified scaffolds for tissue engineering applications
Yazar: SALMA. A.TAHER MOHAMED
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NURAY EMİN
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Biyopolimerler = Biopolymers ; Doku mühendisliği = Tissue engineering

Özet:
Doku Mühendisliği (DM) çalışmalarında en önemli bileşenlerden biri doku iskelesi üretiminde kullanılan biyomateryallerdir. Biyopolimerik yapı iskeleleri, hücrelere in vitro üç boyutlu yapay hücre dışı sunar. Bu sayede yüksek verimle anatomik boyutta doku organoidinin oluşumunda birincil etkiye sahiptirler. Yürütülen doktora tezinde,  fibroin-kollajen, fibroin-aloe vera ve fibroin-kollajen-aloe vera kompozit yapı iskelelerinin geliştirilmesi ve kemik doku mühendisliğinde (KDM) kullanılabilirliğinin araştırılması amaçlandı. Bu kapsamda, üretilen polimer-seramik kompozit yapı iskelelerinin biyouyumluluk özellikleri ISO EN 10993 kapsamında araştırıldı ve DM'de biyomalzeme olarak kullanımlarının uygunluğu ortaya kondu. Tez kapsamında üç farklı mekanizma ile aşılama reaksiyonu test edilerek fibroinin yüzeyi hidrofilikliği artırmak için modifiye edildi. Akabinde, farklı bileşenlerden (F/K, F/K/A ve F/A) oluşan üç tür iskele üretildi. Aşılama reaksiyonunda kullanılan ikinci yöntem istenilen sonucu vermezken, birinci ve üçüncü yöntem kullanılarak farklı bileşen oranlarına sahip iskeleler geliştirildi. Elde edilen iskelelerin fiziksel ve kimyasal karakterizasyon işlemi sonucunda 1F5K5, 1F6K4, 1F5K4A1 ve 3F5K4A1 polimer kompozitlerinin yeterli özelliklere sahip olduğu belirlendi. Bu iskeleler kemik doku mühendisliği için kemik iliği mezankimal kök hücreleri ve osteoblastlar ile test edildi. Kültür ortamı, mineralizasyonu teşvik etmek için SBF ile zenginleştirildi ve hidroksiapatit çekirdeklenmesi hem kimyasal hem de hücresel aktivite ile sağlandı. Hücresel örnekler üzerinde yapılan XRD, SEM-EDS, Alizarin Kırmızısı analizleri, en iyi mineralizasyonun %10SBF takviyesi ile gerçekleştiğini gösterdi. Histokimya, immünhistokimya ve SEM analizi en iyi osteojenik aktivitenin 3F5K4A1 iskelesinde olmakla birlikte, seçilen dört iskelenin de %10SBF içerikli osteojenik indüksiyon altında KDM için kullanılabileceğini gösterdi.

Abstract:
The biomaterials utilized in the manufacture of tissue scaffolds are one of the most essential aspects of Tissue Engineering (DM) research. Biopolymeric scaffolds provide in vitro cells with a three-dimensional artificial extracellular matrix. In this manner, they have a significant effect on the creation of tissue organoids of anatomical dimensions. The objective of this dissertation was to construct fibroin-collagen, fibroin-aloe vera, and fibroin-collagen-aloe vera composite scaffolds for bone tissue engineering and to study their applicability (CDM). In this regard, the biocompatibility qualities of the generated polymer-ceramic composite scaffolds were studied in accordance with ISO EN 10993, and their appropriateness as a biomaterial in DM was proven. Within the scope of the thesis, three distinct grafting reaction methods were evaluated, and the surface of fibroin was modified to increase its hydrophilicity. Subsequently, scaffolds with different component kinds (F/C, F/C/A, and F/A) were manufactured. While the second method utilized in the grafting reaction did not produce the desired result, scaffolds with varying component ratios were created utilizing the first and third methods. Physical and chemical analysis of the produced scaffolds revealed that the polymer composites 1F5C5, 1F6C4, 1F5C4A1, and 3F5K4A1 possessed adequate properties. For bone tissue engineering, these scaffolds were evaluated with bone marrow mesenchymal stem cells and osteoblasts. To stimulate mineralization, the culture medium was supplemented with SBF, and hydroxyapatite nucleation was accomplished through both chemical and cellular action. XRD, SEM-EDS, and Alizarin Red analyses of cellular samples revealed that 10%SBF supplementation led to the best mineralization. Histochemistry, immunohistochemistry, and scanning electron microscopy analyses revealed that 3F5C4A1 scaffolds had the highest osteogenic activity, but all four scaffolds may be employed for CDM with osteogenic induction and 10%SBF content