Kemik doku mühendisliği uygulamaları için, bor bileşenli polimer doku iskelelerin mezenkimal kök hücreler ile birlikte geliştirilmesi
Co-development of boron compound polymer tissue scaffolds with mesenchymal stem cells for bone tissue engineering
Yazar: GÜNNAZ ÇAPAN
Danışman: PROF. DR. IŞIL ALBENİZ
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı / Biyofizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Bor bileşikleri = Boron compounds ; Bor nitrür = Boron nitride ; Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Elektrospinning = Elektrospinning ; Kemik iliği = Bone marrow ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Kök hücreler = Stem cells ; Polimerler = Polymers ; Sıçanlar = Rats

Özet:
Çalışmamızda, hekzagonal bor nitrür (hBN) bileşenli polimer doku iskeleleri tasarladık. Tasarladığımız bu iskelede ekeceğimiz kök hücrelerin özelleşebileceği, kemik hücrelerinin üzerinde tutunacağı hBN miktarı belirlendi. Elektrospin tekniğini kullanarak yaptığımız çalışmada hidroksiapatit (HA) ile güçlendirilmiş poli(-kaprolakton) ve hBN'nin farklı konsantrasyonlarıyla (0, % 0,05, %0,5 %2,5) nanolif yapılı iskeleler elde edildi. Bu iskelelere yapısal, mekanik ve morfolojik analizler yapıldı. %0,25 hBN içeren biyokompozit iskelelerin nanolif yapısı ince olmasına rağmen düşük mukavemet gösterdi. Buna karşılık en yüksek elastite modülüne %0,05 konsantrasyonlu hBN iskeleler sahip olmasına rağmen lif çapları diğer iskelelere kıyasla daha büyüktü.
Sıçan kemik iliğinden mezenkimal kök hücre (MKH) izolasyonu yapıldı. Bu hücreler, kültür ortamında biyokompozit iskelelere ekildi. İskelelerin sitotoksitesini hesaplamak için MTT analizi yapıldı. 5. günün sonunda %2,5 hBN içeren iskelelerde kontrole göre daha fazla hücrelerin yapıştığı saptandı. İskele üzerindeki hücrelerin yapışmasını görüntülemek için konfokal mikroskopu kullanıldı. %2,5 hBN içeren iskelelerde hücrelerin boyanması ve canlılığı fazlaydı. İskeleler üzerinde kültürlenmiş osteojenik ortamda 20 gün bekletilmiş MKH'lerin osteogenezini değerlendirmek için alizarin red boyama testleri yapıldı. İskele üzerindeki boyama miktarına bakıldığında %2,5 hBN içeren iskeleler diğer iskelelerden daha önce boyandı. Bu sonuç, %2,5 hBN içeren iskelelerin diğer iskelelere kıyasla daha fazla osteokondüktif ve osteoindüktif olduğunu gösterdi. Yaptığımız PCL- %8 HA- %2,5 hBN nanolif iskelelerinin ince lif yapısı, hücre çoğalmasını ve osteojenik farklılaşmayı desteklemesi, kemik doku mühendisliğinde kemik onarım sürecini iyileştirmede uygun bir iskele modeli olduğunu düşündürdü. Gelecekte bu iskelelerin in vivo deneylerinin yapılabilir ve ilaç salınım uygulamaları ile geliştirilebilir olması, nanolif iskelelere hBN ve HA katılmasıyla kemik doku mühendisliğinde yeni bir yaklaşım ortaya koyacaktır.

Abstract:
In our study, we designed hexagonal boron nitride (hBN) component polymer scaffolds. In our study, using the electrospinning technique nanofiber scaffolds were obtained by combining hydroxyapatite-enhanced poly(-caprolactone) with different concentrations of hexagonal boron nitride hBN. Structural, mechanical and morphological analyzes performed on these scaffolds. Although the nanofiber structure of the biocomposite scaffolds containing 0.25% hBN was thin, it showed low strength. But, although hBN scaffolds with 0.05% concentration had the highest modulus of elasticity, fiber diameters were larger compared to others.
Mesenchymal stem cell (MSC) isolation was performed from rat bone marrow. These cells were seeded on biocomposite scaffolds. MTT analysis was performed to calculate the cytotoxicity of the scaffolds. At the end of the 5th day, it was determined that more cells adhered to the scaffolds containing 2.5% hBN than the control. A confacal microscope was used to view the adhesion of cells on the scaffold. Staining and viability of cells were high in scaffolds containing 2.5% hBN. Alizarin red staining tests were performed to evaluate the osteogenesis of MSCs cultured on scaffolds in osteogenic medium for 20 days. Considering the amount of staining on the scaffold, the scaffolds containing 2.5% hBN were stained earlier than the others. This result showed that scaffolds containing 2.5% hBN were more osteoconductive and osteoinductive compared to other scaffolds. The thin fiber structure of our PCL- 8% HA-2.5% hBN nanofiber scaffolds, supporting cell proliferation and osteogenic differentiation, made us think that it is a suitable scaffold model for improving the bone repair process in bone tissue engineering.