Doku mühendisliğine yönelik anjiogenik özellikte biyomalzeme geliştirilmesi
Development of an angiogenic biomaterial for tissue engineering
Yazar: EKİN AYTEKİN
Danışman: PROF. DR. YAŞAR MURAT ELÇİN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry
Dizin: Anjiyogenez = Angiogenesis ; Biyoaktif camlar = Bioactive glass ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Hidrojeller = Hydrogels ; Kemik matriksi = Bone matrix

Özet:
Bu tez çalışmasında, doku mühendisliği uygulamalarına yönelik pro-anjiyogenik özellikte sığır kemik deselülerize matriks (DKM) hidrojeli ve biyoaktif cam (BAC) kompozitleri geliştirildi. Bu kapsamda sığır süngerimsi kemik dokusu, hücrelerinden arındırılarak DKM yapısı elde edildi. Deselülerizasyon etkinliğinin değerlendirilmesi amacıyla DNA, sülfatlanmış glikozaminoglikan (sGAG) ve kolajen içeriği analiz edildi. Ardından DKM yapılarına pepsin aracılı enzimatik sindirim ve nötralizasyon işlemleri uygulanarak fiziksel çapraz bağlanma sonrası nihai DKM hidrojel formunda biyomalzeme üretimi sağlandı. Kompozit biyomalzeme geliştirilmesi kapsamında BAC mikropartikülleri sol-jel yöntemi ile kimyasal olarak sentezlendi. Sentezlenen BAC malzemenin molekül yapısı, x-ışını kırınım spektroskopisi (XRD) ile, kimyasal bileşenleri ise Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile analiz edildi. BAC mikropartikülleri %10 ve %20 oranlarında DKM hidrojeline eklenerek kompozitleri oluşturuldu. DKM hidrojeli ve DKM/BAC kompozitlerinin morfolojik (taramalı elektron mikroskopisi, SEM), kimyasal (enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi, EDS ve FTIR), termal (termogravimetrik analiz, TGA), fiziksel (su tutma), in vitro biyolojik özellikleri (biyoaktivite, sitotoksisite, hemoliz) karakterizasyon çalışmaları ile analiz edildi. Biyomalzemelere ait anjiyogenik özelliğin belirlenmesine yönelik olarak ex vivo Tavuk Aortik Halka (TAH) ve ex ovo embriyonik tavuk Koryoallantoik Membran (KAM) çalışmaları gerçekleştirildi. Geliştirilen biyomalzemelerin KAM ile ilişkili olarak kemikleşmeye katkısını incelemek amacıyla Osteogenez Çalışması yürütüldü. Bu çalışmaların sonuçları ImageJ ve AngioTool yazılımları kullanılarak kantitatif olarak analiz edildi. Çalışma bulguları geliştirilen DKM hidrojeli ve DKM/BAC kompozitlerinin doku ve hücreler için uygun fiziksel, kimyasal ve biyolojik koşulları sağladığını gösterdi. Biyomalzemelere ait ex vivo ve in vivo bulgular, sağlanan koşulları destekler nitelikte pro-anjiyogenik özellik sergilediklerini ortaya koydu. Geliştirilen DKM+%20 BAC kompozitinin, gruplar arasında anjiyogenik özellik bakımından öne çıktığı belirlendi.

Abstract:
In this thesis, pro-angiogenic bovine decellularized bone matrix (DBM) hydrogel and bioactive glass (BG) composites for tissue engineering applications were developed. In this context, bovine cancellous bone tissue was purified from its cells and the DBM composition was obtained. To evaluate the decellularization efficiency, DNA, sulfated glycosaminoglycan (sGAG) and collagen contents were analyzed. Then, pepsin-mediated enzymatic digestion and neutralization processes were applied to the DBM structures, resulting in the final DBM hydrogel biomaterial after physical crosslinking. Within the scope of the development of composite biomaterials, BG microparticles were chemically synthesized by sol-gel method. The molecular structure (by X-ray diffraction spectroscopy, XRD) and chemical composition (by Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) of the synthesized BG material were analyzed. Composites were formed by incorporating BG microparticles to the DBM hydrogel at 10% and 20%. Morphological (scanning electron microscopy, SEM), chemical (energy-dispersive x-ray spectroscopy, EDS, FTIR), thermal (thermogravimetric analysis, TGA), physical (water retention), in vitro biological (bioactivity, cytotoxicity, hemolysis) properties were evaluated by characterization studies. Ex vivo Chick Aortic Ring and ex ovo Chorioallantoic Membrane (CAM) of chick embryo assays were performed to analyze the angiogenic properties of the formed biomaterials. An Osteogenesis study was carried out to examine the contribution of the developed biomaterials to ossification in relation to CAM. The results of the related studies were quantitatively analyzed using ImageJ and AngioTool softwares. The findings of the study revealed that the developed DBM hydrogel and DBM/BG composites provide suitable physical, chemical and biological conditions for tissues and cells. Ex vivo and in vivo findings indicated that the biomaterials exhibited pro-angiogenic properties that support the conditions provided. It was determined that the developed DBM+20% BAC composite stood out among the groups in terms of angiogenic properties.