Süpergözenekli, IPN/yarı-IPN hidrojellerin sentezi ve hücre kültürlerinde kullanımı
Synthesis of superporous, IPN/semi-IPN hydrogels and their usability in cell cultures
Yazar: TUĞRUL TOLGA DEMİRTAŞ
Danışman: PROF.DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Doku mühendisliğinde kullanılmak üzere dizayn edilmiş hidrojeller canlı hücreleri barındıracak büyüklükte gözenekler içerirler. Büyük gözeneklere ve yüksek şişme oranına sahip olduklarından, süpergözenekli hidrojeller doku mühendisliği uygulamaları için birçok avantaja sahiptirler.Sunulan çalışmada, süpergözenekli hidrojeller (SPH'ler), hidrofilik karaktere sahip akrilamid (AAm) ve akrilik asit(AA) monomerlerinin, çapraz bağlayıcı ajan N,N'-metilenbisakrilamid (BIS) varlığında sentezlenmiştir. SPH yapıların hazırlanabilmesi için gaz köpükleştirme yöntemi kullanılmıştır. Kopolimerizasyon/çapraz bağlanma oda sıcaklığında serbest radikalik polimerizasyon ile gerçekleştirilmiştir. 20-350 µm arasında değişen gözenek çaplarına ve farklı karakteristik özelliklere sahip süpergözenekli homopolimerler (AAm) ve kopolimerler (AAm-ko-AA) sentezlenmiştir. Çalışmalarda disk formunda (çap=8mm ve kalınlık=4mm) jel örnekleri hazırlanmıştır. SPH'ler içerisinde ikinci bir polimer ağı (kitosan) etkileşimi ile iç içe geçmiş polimerik ağ yapı (IPN) oluşturulmuş ve böylelikle SPH'lerin mekanik dayanımı ve biyouyumluluğu arttırılmıştır.Hidroksiapatit (HA) içeren süpergözenekli hidrojel kompozit (SPHC) çözelti polimerizasyonu tekniği ile sentezlenmiştir. Üç farklı miktarda hidroksiapatit içeren süpergözenekli hidrojel kompozitler hazırlanmıştır. 1000 µl akrilamid içeren çözelti başına 1000 mg HA, hidrojel kompozitleri hazırlamak için en uygun miktar olarak belirlenmiştir.Bütün hidrojellerin karakterizasyonu, 37°C'deki fosfat tampon çözeltisi içerisinde yürütülen şişme çalışmalarının yanısıra, yüzey/kesit morfolojilerinin SEM ile görüntülenmesi, yığın yapı özelliklerinin sıkıştırma dayanım testi, boşluk kesri ve yoğunluk analizleri ile incelenmesi ve ısıl özelliklerinin TGA ile belirlenmesiyle gerçekleştirilmiştir. Test sonuçları, sıkıştırma dayanımı ve elastisite gibi mekanik özelliklerin önemli derecede arttığını, gözenekler arasındaki bağlantıların bloke olmadığını ve yarı-IPN SPH'lerde su absorpsiyonunun kapiler etki ile arttığını göstermiştir. Mekanik testlerden elde edilen sonuçlar, HA varlığının, hidrojellerin sıkıştırma dayanımını arttırdığını göstermiştir. Elastiklik modülü SPH için 0.63±0.04 N/mm2 iken, SPHC'de 6.59±0.35 N/mm2 ye artmıştır.Hücre kültürü çalışmaları durgun koşullarda model hücre hatları (L929 fare fibroblastı) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Fibroblastik hücrelerin doku iskelesi üzerine yapışması ve büyümesi sitotoksisite testleri ile incelenmiştir. Ayrıca, deneysel veriler, hücre kültür çalışmalarında kullanılacak olan bu yeni malzemenin avantajlarını belirtmek amacı ile değerlendirilmiştir.Anahtar kelime: Süpergözenekli hidrojel, gaz köpükleştirme, IPN, kompozit, doku iskelesi, doku mühendisliği.�

Abstract:
Hydrogels designed for use as tissue engineering scaffolds may contain pores largeenough to accommodate living cells. Since having large pore sizes and having highswelling ratios, superporous hydrogels may have many advantages for tissueengineering applications.In this study, superporous hydrogels (SPHs) were synthesized from hydrophilicacrylamide and acrylic acid monomers in the presence of crosslinking agent, N,N?-methylenbisacrylamide. Gas foaming technique was utilized in order to prepare theSPH structures. Copolymerization/crosslinking was realized by free-radicalicpolymerization at room temperature. Homo (AAm) and copolymer (AAm-co-AAc)SPHs, which have diffrent characteristics and pore diameter range in 20-350 ?m,were prepared. In the studies, gel samples in disc form (diameter=8mm andthickness= 4mm) were used. The main approach used in this study was to form aninterpenetrating polymer network by incorporating a second polymer network(chitosan) inside an SPHs to increase the mechanical properties andbiocompatibilities.Superporous hydrogel composite (SPHC) with hydroxyapatite (HA) was realized bysolution polymerization technique. The superporous hydrogel composites wereprepared with three different amounts of hydroxyapatite. The optimum amount of HAto prepare the hydrogel composites was decided to be 1000 mg HA per 1000 ?lacrylamide containing mixture.The characterization of all hydrogels were done by swelling studies which wereapplied in phosphate buffer solutions at 370C, SEM for imaging of surface/crosssectionmorphologies, compression strength test, void fraction analysis and densitymeasurement for investigation of bulk structure properties, and TGA to determine thethermal characteristics. These results indicated that mechanical properties includingcompression strength and elasticity were significantly improved and theinterconnected pores were not blocked and the capillary effect to accelarate waterabsorption was maintained in the semi-IPN SPHs. The results obtained frommechanical tests showed that, in the presence of HA, the compression strength ofthe hydrogel composite was improved significantly when compared to SPH structure.The elastic modulus for the SPHC increased to 6.59±0.35 N/mm2 whereas it was0.63±0.04 N/mm2 for the SPH.The cell culture studies were carried out at stationary conditions with model cell lines;i.e. L929 mouse fibroblasts. Attachment and growth of fibroblast cells in thesescaffolds were also studied by cytocompatibility tests and MTT assay. Moreover, theexperimental data are evaluated to indicate the advantage of these novelbiomaterials in cell culture applications.ivKeywords: Superporous hydrogel, gas foaming, IPN, composite, scaffold, tissueengineering.