Doku mühendisliği uygulamaları için yeni bir hidrojel sistemin üretimi: Chia tohumu müsilajının mikrodalga destekli metakrilasyonu
Development of a novel hydrogel system for tissue engineering applications: Microwave assisted methacrylation of chia seed mucilage
Yazar: SAİME NUR KARASU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ NURİ ERTAŞ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞRUL TOLGA DEMİRTAŞ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Günümüzde doku mühendisliği çalışmalarında dokuların rejenerasyonunu sağlamak, için doğal ve sentetik biyomalzemeler kullanılmaktadır. 3 boyutlu (3B) biyobaskı sistemlerinde hücre, büyüme faktörü gibi biyoaktif bileşenler ile karıştırılması sonucu biyomürekkep olarak da kullanılabilen biyomalzemelerin doku rejenerasyonunu sağlaması için ekstrasellüler matriks (ECM) yapısını ve fonksiyonlarını taklit etmesi kritik öneme sahiptir. ECM yapısı ile benzerlik gösteren biyomalzemeler, hücre yapışma ve çoğalmasını destekler, ECM oluşumunu artırarak doku rejenerasyonunu sağlar. Aynı zamanda biyomalzemelerin yeterli mekanik dayanıma ve 3B biyobaskı sistemleri için basılabilir özelliğe sahip olması gereklidir. Ancak bu özelliklerin yeterli seviyede sağlanamamasından dolayı doku mühendisliğinde kullanılan biyomalzemelerin sayısı sınırlıdır ve doku rejenerasyonunu sağlayacak yeni biyomalzemelerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmanın amacı, 3B biyobaskı sistemlerde kullanılan biyomalzeme açığını gidermek üzere chia tohumu müsilajının mikrodalga destekli metakrilasyonu sağlanarak yeni bir hidrojel olan chiaMA sentezi gerçekleştirmektir. Chia tohumları su ile temas ettiği zaman müsilaj salınımı gerçekleştirir ve ECM yapısı ile birçok benzer özelliğe sahiptir. Çalışmada chia müsilajına ait karboksil grupları ve hidroksil grupları, EDC-NHS kimyası kullanılması ve hem konvansiyonel, hem de farklı kuvvetlerde mikrodalga enerjisi uygunlanması sonucu 2-aminoetil metakrilat hidroklorürde (AEMA) bulunan amin gruplarına bağlanarak metakrilatlanması sağlanmıştır. Ardından foto-çapraz bağlanan chiaMA hidrojellerinin yapısal ve morfolojik karakterizasyonu sağlanmış, reoloji ve viskozite analizleri gerçekleştirilmiştir. 

Anahtar kelimeler: Biyobaskı, Biyomalzeme, Biyomürekkep, Chia Tohumu Müsilajı, Doku Mühendisliği

Abstract:
In tissue engineering, synthetic and natural biomaterials have been used to repair and regenerate human tissues. In designing biomaterials, which can also be used as bioink by mixing with cells and bioactive compounds such as growth factors in 3D bioprinting systems, mimicking the structure and functions of the extracellular matrix (ECM) is critical for tissue regeneration. Biomaterials that have similar properties to the ECM can promote cell attachment and proliferation and, therefore, regenerate the tissue by increasing ECM growth. Also, biomaterials should have sufficient mechanical strength, so they can support newly developing tissues. In addition, they should be printable for 3D bioprinting systems. However, biomaterials in tissue engineering are limited due to a lack of necessary properties. Therefore, new biomaterials that will improve tissue regeneration are required. This study aims to synthesize chiaMA hydrogel to overcome some of the limitations of tissue engineering. Once chia seeds get in contact with water, they start to generate mucilage. Fiber-structured chia seed mucilage has similar properties to ECM with rich amino acid, fatty acid, and polysaccharide components. In brief, chia seed mucilage was microwave methacrylated using EDC-NHS chemistry by applying different microwave powers to the carboxyl and hydroxyl groups of chia seed mucilage and the amine groups of 2-aminoethyl methacrylate hydrochloride (AEMA).The chiaMA hydrogel was obtained by photocrosslinking, and then the chiaMA hydrogel was structurally and morphologically characterized. Moreover, rheological and viscosity analyses were performed.

Keywords: Bioink, Biomaterial, Bioprinting, Chia Seed Mucilage, Tissue Engineering