Doku mühendisliği için osteokonduktif ve/veya antibakteriyel kompozit nanofiber üretimi
Production of osteoconductive and/or antıbacterıal composite nanofibers for tissue engineering
Yazar: ASLIHAN SÜSLÜ
Danışman: PROF. DR. ÜMİT CÖCEN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu doktora tez çalışmasının amacı, doku mühendisliği alanında kullanılmak üzere elektro-eğirme yöntemi ile osteokonduktif ve/veya antibakteriyel özelliğe sahip gümüş katkılı veya katkısız HAp/PHBV kompozit nanofiber doku iskelesi üretmektir.  
Doku iskeleleri, doğal hücre dışı matris (ECM) yapısını taklit eden ve biyolojik fonksiyonlarını yerine getirebilen, gözenekli, biyouyumlu ve biyobozunur yapıya sahip malzemelerdir. Elektro-eğirme yöntemi ile üretilen nanoboyutlu ve gözenekli doku iskeleleri, doğal ECM yapısının yerini alarak hücrelerin tutunması, büyümesi ve beslenmesi için ideal yapıya sahiptir.
Kompozit nanofiber üretiminde hidrofobik özellikli polimerik matris hücre tutunmasına uygun yapıya sahip değildir. Bu nedenle hidrofobik polimerin hidrofilik biyoaktif partiküller ile katkılandırılması önemlidir. Tez çalışmasında matris malzemesi olarak, biyobozunur ve biyouyumlu bir polimer olan poli (3-hidroksibütrat-ko-hidroksivalerat) (PHBV) polimeri kullanılmıştır. Matrisin dayanımının artırılması, ayrıca hücre yapışmasını ve çoğalmasını desteklemesi bakımından katkı malzemesi olarak biyoseramik hidroksiapatit (HAp)  kullanılmıştır. Doku iskelesinin üretilmesinde temel sorun seramik katkının polimerik malzeme içerisinde homojen dağılımının sağlanmasıdır. Bu sorun anyonik SDS ve DOC, katyonik, DTAB ve nötral HSA ve Tween20 yüzey aktif maddeleri kullanılarak çözülmüştür. Çalışmada yüzey aktif maddelerinin kompozit nanofiber morfolojisine, osteoblastik hücre tutunması ve çoğalmasına olan etkileri incelenmiştir. Ayrıca birlikte çöktürme yöntemi ile elde edilen gümüş katkılı HAp tozları kullanılarak osteokondaktif ve antibakteriyel özelliğe sahip kompozit nanofiberler üretilmiştir. Gümüş katkılı HAp/PHBV kompozit nanofiberler Escherichia Coli ve Staphylococcus Aureus bakterilerine karşı antibakteriyel özellik göstermiştir. Bunun yanı sıra hücre kültürü çalışmalarında da herhangi bir sitotoksik etki görülmeksizin üretilen doku iskelelerinin yüzeyinde SaOS-2 kemik hücrelerinin tutunması ve çoğalması gözlenmiştir.    
Bu nedenlerle, tez çalışmasında üretilen gümüş katkılı veya katkısız HAp/PHBV kompozit nanofiber doku iskeleleri, osteokondaktif ve/veya antibakteriyel özellikleri ile kemik doku mühendisliği uygulamalarında gelecek vaat etmektedir.

Abstract:
The aim of this Ph.D. study is to produce osteoconductive and/or antibacterial HAp/PHBV composite nanofibers with or without silver doping via electrospinning technique for tissue engineering applications.
The tissue scaffolds are porous, biocompatible and biodegradable materials that can mimic the extracellular matrix (ECM) and provide biological functionality of it. The nanosized and porous electrospun tissue scaffolds are ideal structures which can take place the ECM and provide the cell attachment, proliferation and diffusion of nutrients.
Most polymeric materials are hydrophobic in nature therefore their surfaces are not favorable for cellular adhesion. In this sense, modification of the hydrophobic surfaces of polymers with hydrophilic bioactive particles is beneficial. In this study, a biodegradable and biocompatible polymer poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) was used as a main matrix. In order to increase mechanical strength of the main matrix and also improve cell adhesion and proliferation, bioceramic hydroxyapatite (HAp) was used as a reinforcement material. The dispersion of ceramic additives within the polymeric matrix in a homogenous manner is the main problem for the fabrication of tissue scaffold. This problem was solved by using anionic SDS and DOC, cationic DTAB and neutral HSA and Tween20 surfactants. The effects of surfactant types on the composite nanofiber morphology, osteoblastic cell adhesion and proliferation was investigated. In addition, osteoconductive and antibacterial composite nanofibers were produced by using silver doped HAp particles which were synthesized by co-precipitation method. Silver doped HAp/PHBV composite nanofibers showed antibacterial activity against Escherichia Coli (E.Coli) and Staphylococcus aureus (S. Aureus) bacteria without any cytotoxicity wherein SaOS-2 osteoblast-like cells' proliferation and viability were evaluated.
Accordingly, the produced HAp/PHBV composite nanofibers with or without silver doping would be a promising candidate as an osteoconductive and/or antibacterial material for bone tissue engineering applications.