Manyetik yüklü altın kaplı nanopartiküllerin yüklendiği kemik iliği kökenli mezenkimal kök hücrelerle kalvariyal kemik defekti onarımı değerlendirilmesi
Evaluation of calvarial bone defect repair with magnetic nanoparticles coated with gold-loaded bone marrow-derived mesenchymal stem cells
Yazar: MURAT GÜREL
Danışman: DOÇ. DR. İBRAHİM VARGEL
Kırıkkale Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Plastik ve Rekonstrüktif Cerrahi Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2012
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Plastik ve Rekonstrüktif Cerrahi = Plastic and Reconstructive Surgery ; Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Altın = Gold ; Kemik defektleri = Bone defects ; Kemik iliği = Bone marrow ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Kök hücreler = Stem cells ; Manyetik alanlar = Magnetic fields ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Transplantlar = Transplants

Özet:
Konjenital ve edinsel pek çok nedene bağlı olarak, plastik cerrahi kliniklerinde karşılaşılan kalvaryal defektlerin onarımı hem hasta hem de hekim için büyük önem taşımaktadır.Güncel yaklaşımda bu tür defektler en çok otogreft yöntemi ile onarılmaktadır. Tüm greftleme işlemlerinde olduğu gibi bu yöntemde de uzun ve kısa vade de çeşitli sorunlar ortaya çıkmakta ve tedavinin sonuçlarını olumsuz etkilemektedir. Yara enfeksiyonu, kanama, parestezi, bölgesel doku hasarı, hareket etmede kısıtlılık,verici kemikte kırık ve kronik ağrı ve kötü kozmetik sonuçlar greftleme yöntemlerinden sonra karşılaşılabilir Bu tür sorunları aşmak için günümüzde doku mühendisliği var olan defektleri onarmak için doku uyumlu iyileşmeye pozitif etkileri olan faktörleri barındıran yapay doku iskelesi tasarlayacak teknolojiler geliştirmektedir.Kemik iliği kökenli mezenkimal kök hücreler kemik iyileşmesine olumlu katkı yapabilecek bir çok faktörü barındırmaktadır. Bu projede nano hedefli (targeting) yapay doku iskelesi üzerine kemik stromal hücrelerinin yerleştirilerek ve nano hedefli doku iskelesinin kalvaryal defektlerin onarımında ne tür bir etki yaptığının ortaya konması amaçlanmıştır.Scafold grubunda toplam 7 adet, Scafold + Manyetik yüklü altın kaplı nanopartikül grubunda toplam 12 adet, diğer grupların her birinde toplam 6 adet olmak üzere negatif kontrol grubu dahil toplam beş grup oluşturulmuştur. Tüm deneklerde 6 mm'lik kranial defekt oluşturulduktan sonra gruba spesifik işlemler yapılmıştır. Dördüncü haftada Scafold + Manyetik yüklü altın kaplı nanopartikül grubundan 6 adet, diğer her bir gruptan 3 adet rat sakrifiye edilip incelemeye alınmıştır. 16. Haftada Scafold grubundan 4 adet, Scafold + Manyetik yüklü altın kaplı nanopartikül grubundan 6 adet, diğer her bir gruptan 3 adet olmak üzere ratlar sakrifiye edilip gerekli histolojik, biyokimyasal ve radyolojik incelemeye tabii tutulmuştur.Sonuçlar incelendiğinde, birinci ayda çoklu karşılaştırmada deney ve kontrol grupları arasında histolojik parametreler olan defekt içindeki yeni kemik oranı (p=0.016) ve mm2 cinsinden yeni kemik alanı (p=0.016) anlamlı farklılıklar gösterdi. Mikrotomografi ve kan ALP değerleri bu dönemde gruplar arasında anlamlı farklılık göstermedi. Buna göre birinci ayda magnetik taneciklerle MKH uyulanan grup (sırasıyla p=0.001 ve p=0.001) otograft grubundaki (sırasıyla p=0.034 ve p=0.034) yeni oluşan kemik alanı ve total defekte oranı defektin boş bırakıldığı kontrol grubuna göre istatistiksel olarak anlamlı biçimde daha fazlaydı. Birinci ayda altın stadart olarak kabul edilen otograft grubundaki yeni kemik alanı ve bu alanın total defekt alanına oranı boş skafold uygulanan gruba göre anlamlı biçimde fazlaydı (sırasıyla p=0.022 ve p=0.022).Dördüncü ayda çoklu karşılaştırmada deney ve kontrol grupları arasında histolojik parametreler olan defekt içindeki yeni kemik oranı (p=0.028) ve mm2 cinsinden yeni kemik alanı (p=0.015) ile birlikte mikrotomografik ölçüm değerleri (p=0.010) anlamlı farklılıklar gösterdi. Bu dönemde mikrotomografi değerleriyle histolojik yeni kemik alanı ölçümleri bazı gruplarda orta derecede korelasyon (p=0.005) gösterdi. Dördüncü ayda otograft uygulanan gruptaki yeni kemik miktarı ve bunun defet alanına oranı boş bırakılan defekt grubu (sırasıyla p=0.003 ve p=0.005); boş doku iskelesinin uygulandığı grup (sırasıyla p=0.004 ve p=0.005) ve magnetik partiküllerle MKH uygulanan gruba göre (kemik miktarı anlamlı farklı değil, kemik oranı için p=0.049) daha çoktu. Dördüncü ayda mikrotomografik olarak defekt alanında ölçülen kemik hacmi otograft grubunda, MKH ve magnetik partikülle MKH uygulanan gruplara göre daha çoktu (sırasıyla p=0.001 ve p=0.006). Diğer yandan dördüncü ayda mikrotomografik olarak yeni kemik hacmi MKH uygulanan grupta boş defekt grubuna göre anlamlı olarak daha fazla olarak ölçüldü (p=0.020).Doku iskelesi (skafold) uygulanan gruplarda biyomalzemeye hafif ila orta derecede bir doku yanıtı olduğu saptanmıştır. Daha önce biyomalzemenin doku uyumu başka çalışmalarımızda kantitatif olarak değerlendirilip biyouyumlu olarak saptandığından, bu çalışmada skorlanmamıştır. Biyomalzeme çeveresinde lenfosit, makrofaj ve yer yer yabancı cisim dev hücreleri izlenmekle birlikte nekroza rastlanmamıştır. Bu sonuçlara göre incelenen tüm zaman dilimlerinde otograft uygulanan gruplarda aktif kemik yapımı en ileri seviyededir. Birinci ayda daha belirgin olmak üzere magnetik partiküllerle MKH uygulanan gruplarda aktif kemik yapımı altın standart olan otogreft uygulamasına yakın düzeyde belirgin biçimde artmıştır. Buna rağmen grupların hiçbirisinde dördüncü ayda kritik büyüklükteki kalvariyal defekt tam olarak kemikleşmemiştir. Manyetik yüklü altın kaplı nanopartiküllerin yüklendiği kemik iliği kökenli mezankimal kök hücrelerle kalvariyal kemik defekti onarımının daha kapsamlı araştırmalarla desteklenmesi gerekmektedir.

Abstract:
Due to many congenital and acquired reasons, regeneration of calvarial defects encountered in plastic surgery clinics is crucial for both the physician and patient.Most current approaches such defects repaired by the method of autograft. As with all grafting methods in this way a variety of emerging problems exists and, both long-and short-term negative impact on results of therapy. Wound infection, bleeding, paresthesia, local tissue damage, the lack of donor bone fractures and chronic pain and poor cosmetic results may be encountered after grafting methods. To overcome this kind of problem that exists today, tissue engineering is designing and developing under the light of nanotechnologies bone marrow derived magnetically labeled osteoblast cells which can contribute to bone regenaration in order to repair the exiting defects.Bone marrow-derived mesenchymal stem cells contain many positive factors that can contribute to bone healing. In this project, it was aimed to reveal the affect of nano targeting scafold on calvarial defects by placing bone stromal cells on artificial nano targeting scaffold.In total five experiment groups were formed including the negative control group, 7 rats in total in the scafold group, 12 rats in scafold + magnetically loaded gold coated nanoparticles groups and 6 rats in each of the other groups. After forming 6 mm cranial defect in each test animal, the group was specifically treated. At week four, 6 rats from scafold + magnetically loaded gold coated nanoparticles groups, 3 rats from each of the other groups were sacrified and examined. At week sixteen, 4 rats from the scafold group, 6 rats from scafold + magnetically loaded gold coated nanoparticles groups and autograft groups, 6 rats from each of the other groups and 3 rats from each of the other groups were sacrified and exposed to the necessary histological, biochemical and radiological examinations.When the results were examined, in the first month, in the multi comparison of experiment and control groups, new bone ratio (p=0,016) and new bone area in mm2 (p=0.016) in the defect area, which are histological parameters have shown significant differences. Micro-tomography and blood ALP values have not shown significant differences among the groups during the same period. According to this, in the first month, the new bone area and its ratio to the total defect was statistically significantly higher in the group to which MSC was applied with magnetic partides (p=0.001 and p=0.001 respectively) and in the autograft group (p=0.034 and p=0.034 respectively) than the control group in which the defect was left alone. In the first month, the new bone area in the autograft group assumed as the gold standard and the ratio of this area to the total defect area was significantly higher than the scaffold-alone group (p=0.022 and p=0.022 respectively).In the forth month, in the multi comparison of experiment and control groups, micro-tomographic measurement values (p=0.010) as well as new bone ratio within the defect (p=0.028) and new bone area in mm2 (p=0.015), which are histological parameters, have shown significant differences. In this period, micro-tomography values and histological new bone area measurements have shown medium level correlation (p=0.005) in some groups. In the forth month, the new bone volume and its ratio to the defect area was higher in the group to which autograft was applied than the defect-alone group (p=0.003 and p=0.005 respectively); the group to which scafold-alone was applied (p=0.004 and p=0.005 respectively); and the group to which MSC was applied with magnetic particles (difference in bone volume was not significant, for bone ration p=0.049). In the forth month, the bone volume micro-tomographically measured in the defect area was higher in the autograft group than the groups to which MSC and MSC with magnetic particles was applied (p=0.001 and p=0.006 respectively). On the other hand, in the forth month, the new bone volume measured microtomographically was significantly higher in the group to which MSC was applied than the defect-alone group (p=0.020).It has been determined that there was a small and medium level tissue response towards the biomaterials in the group to which scafold was applied. As the tissue compatibility of the biomaterials was evaluated quantitatively in previous studies and those with bio-compatibility were chosen, this data was not scored in this study. Although lymphocyte, macrophage and partly foreign substance giant cells were monitored around the biomaterial, no necrosis was found. According to these results, in all the periods evaluated, active bone regeneration is most advance in groups to which autograft was applied. In this first month, active bone regeneration has distinctly increased in the groups to which MSC was applied with magnetic particles on a level close to the autograft application in which the active bone formation was the gold standard. Despite this, in none of the groups critical-sized calvarial defect was ossified in the forth month. It is necessary that calvarial bone defect repair with bone marrow-derived mesenchymal stem cells loaded with magnetically loaded gold coated nanoparticles is supported with more comprehensive researches.