Biyopolimer ve biyoseramik kompozitlerin hazırlanışı, karakterizasyonu ve ın vivo değerlendirilmesi
Preparation, Characterization and In vivo Evaluation of Biopolymer and Bioceramic Composites
Yazar: DERYA ALGÜL KURÇEREN
Danışman: PROF. DR. FATMA GÜLGÜN YENER
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Aljinatlar = Alginates ; Biyopolimerler = Biopolymers ; Biyoseramikler = Bioceramics ; Deksametazon = Dexamethasone ; Kitosan = Chitosan ; Kompozitler = Composites ; Osteokondrit = Osteochondritis

Özet:
Bu çalışmanın amacı, osteokondral hasarları tedavi etmek için kullanılan monolitik yapıda üç tabakalı doku iskelesi (TLS) geliştirmektir. Bu TLS; (i) üst tabakasında kitozan (C) ve aljinat (A) polielektrolit kompleksinden (CA/PEK) oluşmaktadır ve bu tabakada kıkırdak doku taklit edilmiştir, (ii) orta tabakasında CA/PEK ve β-trikalsiyum fosfatdan (β-TCP) (%40) oluşmaktadır ve bu tabaka ara yüz tabakasının yerine koymak için geliştirilmiştir, (iii) alt tabakasında CA/PEK ve β-TCP'dan (%70) oluşmaktadır ve bu tabakada ise subkondral kemik taklit edilmiştir. Doku iskelesi formülasyon çalışmalarında üretim tekniği olarak dondurarak kurutma yöntemi kullanılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları FT-IR, şişme, mekanik dayanıklılık, biyobozunma ve SEM testleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sonunda optimum üç formülasyon kullanılarak TLS üretilmiştir. Deksametazon TLS'ye yüklenmiştir ve in vitro salım çalışmaları yapılmıştır. In vitro sitotoksisite çalışmalarında, L929 hücre hattı kullanılarak ve Epiderm deri iritasyon testinde EpiDerm insan Epidermal (RHE) Model yeniden inşa kullanılarak biyouyumluluk araştırılmıştır. Son olarak, bu doku iskelesinin iyileştirici potansiyelini referans Maioregen®'e karşı değerlendirmek için, bu iskeleler Sprague-Dawley sıçanlarının dizlerinde oluşturulan osteokondral hasara uygulanmıştır. Karakterizasyon sonuçlarına göre, C, A ve β-TCP'nin aralarında güçlü iyonik bağların oluştuğu, üretilen iskelelerin içsel bağlantılı gözenekli yapıya sahip olduğu ve birbirinden farklı şişme oranlarına, biyobozunma hızına ve mekanik özelliklere sahip olduğu ortaya çıkmıştır. Salım çalışmaları, ilaç salımının başlangıçta yüksek (3. saat), sonrasında yavaş etkin madde salımı şeklinde 48 saat sürdüğünü göstermiştir. Sitotoksisite ve iritasyon sonuçlarına göre, doku iskelesi biyouyumlu bulunmuştur. In vivo çalışmalarda ise bu iskelenin iyi doku biyouyumluluğuna ve biyobozunma hızına sahip olduğu bulunmuştur. Bütün sonuçlar TLS'nin osteokondral doku uygulamalarında kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
The aim of the present study is to develop biomimetic three layered monolithic scaffold (TLS) intended for treatment of osteochondral defects. The TLS consists of; (i) the upper layer of chitosan (C) and alginate (A) polyelectrolyte complex (CA/PEC), reproducing the cartilaginous region, (ii) the intermediate layer of a combination of CA/PEC and β-tricalcium phosphate (β-TCP) (40%) and (iii) the lower layer of CA/PEC and β-TCP (70%), mimicking the subchondral bone. The scaffolds were produced by using freeze drying method. Characterization studies were performed by FT-IR, swelling, mechanical strenght, biodegradation and SEM tests. TLS was produced by using optimum three formulations after all these studies. Dexamethasone was incorporated into the TLS and in vitro release studies were done. In vitro cytotoxicity assay with L929 cells and EpiDerm skin irritation test (SIT) using the EpiDerm Reconstructed Human Epidermal Model were done to analyze biocompatibility of the scaffolds. Finally, the scaffolds were implanted into the osteochondral defects formed in the patella of Sprague-Dawley rats to comparatively assess the healing potential of the TLS on the defect against reference Maioregen®. The characterization results showed that there are strong ionic interactions among C, A and β-TCP and the layers have interconnected porous structure with different swelling, biodegradation and mechanical properties. The release studies indicated that after an initial burst of 3h, dexamethasone is released slowly during a 48h period. The cytotoxicity and irritation studies showed that the TLS is biocompatible. In vivo studies indicated that the TLS has good tissue biocompatibility and biodegradation rate.