Hibrit nanobiyomalzemeler içeren kemik doku iskelelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of bone tissue scaffolds containing hybrid nanobiomaterials
Yazar: DİCLE ERDEN
Danışman: DOÇ. DR. YUSUF ÖZCAN ; PROF. DR. CEM GÖK
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Kemik dokusu = Bone tissue

Özet:
Doğal kaynaklı malzemeler, biyolojik olarak parçalanabilirlikleri ve
biyouyumlulukları nedeniyle kemik doku mühendisliği alanında önemli bir yere
sahiptir. Son yıllarda öne çıkan doğal malzemelerden biri de diatomdur.
Diatomlar, gözenekli silikon dioksit (silika) bazlı mikro kabuklardan oluşan tek
hücreli ökaryotlardır. Silikon, kemik oluşumu, yenilenmesi ve esnekliği için
kalsiyumun desteklenmesinde önemli bir rol oynar. Kemik dokularında kalsiyum
gibi farklı minerallerin birikimini arttırır. Ayrıca kolajen miktarını da artırarak
esneklik sağlar. Dolayısıyla, silikon esaslı diatomlar kemik doku mühendisliği
için önemli bir yer teşkil etmektedir.
Bu çalışmada, dondurarak kurutma yöntemi ile diatom içermeyen ve
diatom katkılı kitosan/hidroksiapatit (CS/HA) ve jelatin/kitosan/hidroksiapatit
(Gel/CS/HA) üç boyutlu kemik doku iskeleleri üretilmiştir. İskelelerin mikro ve
makro gözenekli yapıları SEM analizi ile incelenmiştir. Yüksek büyütmeli
görüntüleme teknikleri ile diatomun morfolojisi ve nanogözenek yapısı
araştırılmıştır. Bu analiz yöntemiyle CS/HA, CS/HA/Di, Gel/CS/HA,
Gel/CS/HA/Di iskeleleri sırasıyla 160 μm, 130 μm, 270 μm, 170 μm gözeneklere
sahip olduğu belirlenmiştir. CS/HA/Di, Gel/CS/HA/Di'deki diatomların yaklaşık
9-16 µm uzunluğunda ve 8-20 µm çapında bir yapıya sahip olduğu görülmüştür.
Ayrıca, diatomların 260-330 nm arasında nano gözenek boyutlarına sahip olduğu
da gözlenmiştir. Doku iskelelerini oluşturan malzemelerin kimyasal bağları ve
fonksiyonel grupları FT-IR ile analiz edilmiştir. Hücre yapışmasını ve
çoğalmasını destekleyen biyokompozit yapı iskelelerinin toksik olmayan doğasını
incelemek için 3T3L1 hücre hattı kullanılarak hücre kültürü çalışmaları
yapılmıştır. Buna göre, SEM görüntüleri ile diatomsuz iskelelerde hücrelerin ağsı
bir şekilde çoğaldığı, diatom içeren iskelelerde ise jelatinsiz olan BTS-2
iskelesinde hücrelerin iskeleyi bir örtü gibi sardığı gözlenmiştir.
Elde edilen sonuçlar ışığında üretilen iskeleler, biyouyumluluk ve birbirine
bağlı gözenek yapısı açısından kemik dokusu mühendisliği için temel
gereksinimleri karşılama potansiyeline sahiptir.
ANAHTAR KELİMELER: DİATOM, KEMİK DOKU MÜHENDİSLİĞİ,
İSKELE, DONDURARAK KURUTMA

Abstract:
Naturally sourced materials have an important place in the field of bone
tissue engineering due to their biodegradability and biocompatibility. One of the
natural materials that has come to the fore in recent years is diatom. Diatoms are
single-celled eukaryotes composed of porous silicon dioxide (silica)-based
microshells. Silicon plays an important role in supporting calcium for bone
formation, regeneration and flexibility. It increases the deposition of different
minerals such as calcium in bone tissues. It also provides flexibility by increasing
the amount of collagen. For this purpose, silicon-based diatoms constitute an
important place for bone tissue engineering.
In this study, diatom-free and diatom-doped chitosan/hydroxyapatite (CS/HA)
and gelatin/chitosan/hydroxyapatite (Gel/CS/HA) three-dimensional bone tissue
scaffolds were produced by freeze-drying method. Micro and macroporous
structures of the scaffolds were investigated by SEM analysis. In addition, the
morphology and nanopore structure of the diatom were investigated with highmagnification images. Accordingly, CS/HA, CS/HA/Di, Gel/CS/HA,
Gel/CS/HA/Di scaffolds were determined to have 160 μm, 130 μm, 270 μm, 170
μm pores, respectively. Diatoms in CS/HA/Di, Gel/CS/HA/Di were determined
to have a structure of approximately 9-16 µm in length and 8-20 µm in diameter.
It was also observed that diatoms have nanopore sizes between 260-330 nm. The
chemical bonds and functional groups of the materials forming the tissue scaffolds
were analyzed by FT-IR. Cell culture studies were performed using the 3T3L1
cell line to examine the non-toxic nature of biocomposite scaffolds that promote
cell attachment and proliferation. Accordingly, with SEM images, it was observed
that cells in diatom-free scaffolds proliferated in a reticulate manner, while in
diatom-containing scaffolds, the BTS-2 scaffold, which was gelatinless, covered
the scaffold like a cover.
The scaffolds produced in the light of these studies have the potential to meet the
basic requirements for bone tissue engineering in terms of biocompatibility and
interconnected pore structure.
KEYWORDS: DIATOM, BONE TISSUE ENGINEERING, SCAFFOLD,
FREZE-DRYING