Kemik doku mühendisliği uygulamaları için rejeneratif enjekte edilebilir malzeme üretimi
Production of regenerative injectable material for bone tissue engineering
Yazar: JÜLİDE HAZAL TÜRKCAN
Danışman: PROF. DR. AFİFE BİNNAZ HAZAR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Kemik dokunun iyileşebilmesini engelleyen ve fonksiyon kayıplarıyla sonuçlanan doku hasarlarında, rejenerasyonu desteklemek amacıyla uygulanan yöntemlerden biri de greftlemedir. Klinik kullanıma uygun granül, blok veya putty gibi farklı formlarda beta-trikalsiyum fosfat (β-TCP) esaslı ürünler bulunmakla birlikte, her vakaya uygun olmama, implante zorluğu veya enfeksiyon riski gibi dezavantajları bulunabilmektedir. Böylece, minimal invaziv bir ameliyatla defekt bölgeye yerleştirilebilen, enfeksiyon riskini azaltan ve uygulama kolaylığı sağlayan enjekte edilebilir kemik greft malzemeleri (IBGM) önem kazanmaktadır. Polimerik taşıyıcı faz ve aktif biyoseramiklerden oluşan IBGM'lerde karşılaşılan problemlerinden biri, depolama veya uygulama esnasında oluşan faz ayrışmasıdır. IBGM'lerin kullanıma hazır olabilmesi için stabilitesi oldukça önemlidir. 
Tez çalışması kapsamında; taşıyıcı faz olarak kullanıldığında biyomalzeme-doku adezyonunu arttıran, osteoklast hücrelerinin farklılaşmasını önleyen ve kemik oluşumunu hızlandıran hiyalüronik asit (HA), polimerik sistemlerde stabilizasyon sağladığı bilinen nanokristalin selülozla (NCC, ağırlıkça %0,1, %0,3 ve %0,5) birlikte kullanılmıştır. Ayrıca, sitrik asit (CA) stabilizasyon ajanının partikül aglomerasyona etkileri incelenmiştir. Bu doğrultuda, 25:75, 35:60, 40:60 ve 50:50 jel/toz oranlarında CA katkılı ve katkısız biyonanokompozitler geliştirilmiştir. Ayrıca, aktif faz olarak β-TCP'ye ve radyoopaklaştırıcı ajan olarak kullanılan zirkonyum oksite (ZrO2, ağırlıkça %1) ait optimum sentez koşulları incelenmiştir. Numunelerin faz kararlılıkları stabilizasyon değerlendirmesiyle, tane boyutları ve potansiyel değerleri zeta ölçümleriyle, kristallografik özellikleri X-ışını kırınımıyla (XRD), morfolojileri ve faz dağılımları taramalı elektron mikrokobisiyle (SEM-EDS), fonksiyonel gruplar Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisiyle (FTIR), elemental tayin endüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometresiyle (ICP-MS), sıcaklığa ve zamana bağlı değişimler termal analizle (TGA/DSC), reolojik özellikleri reometre ve in vitro sitotoksisite özellikleri ise MTT-Hücre kültürüyle belirlenmiştir.
Elde edilen sonuçlar doğrultusunda; 50:50 jel/toz oranlarına sahip numuneler hariç diğer 6'sında faz ayrışması meydana geldiği ve CA ilavesinin partikül aglomerasyonunu azalttığı gözlenmiştir. Gerçekleştirilen in vitro çalışmalar IBGM'nin yüksek biyouyumluluğa sahip olduğunu göstermiştir.  Böylece sunulan tez çalışması kapsamında; doğrudan klinik kullanıma hazır potansiyel bir IBGM geliştirilmiştir. Ancak ürünün cerrahi uygulamalara sunulabilir özellikleri tam olarak sağlaması için performansının iyileştirilmesi ve in vivo çalışmaların tamamlanması gerekmektedir.

Abstract:
Grafting is one of the methods used to support the regeneration of bone tissue that losses its functions. Although there are beta-tricalcium phosphate (β-TCP) based products in different forms such as granules, blocks, or putty suitable for clinical usage, they have some disadvantages. Thus, injectable bone graft materials (IBGM), which can be placed in the defect area with minimally invasive surgery, reduce the risk of infection and provide ease of application, gain importance. The main problem encountered in IBGMs consisting of polymeric carriers and active-bioceramics is phase separation.
Within the scope of the thesis, hyaluronic acid (HA), as a carrier phase, which increases biomaterial-tissue adhesion, prevents osteoclast differentiation, and accelerates bone formation, was combined with different amounts of stabilizer nanocrystalline cellulose. As another stabilizer citric acid (CA) effect on particle agglomeration was also investigated. Thus, bionanocomposites with/without CA doping were developed in gel/powder ratios of 25:75, 35:60, 40:60, and 50:50. Moreover, optimum synthesis conditions of β-TCP and zirconium oxide (ZrO2, 1% wt.) used as radiopacity agent, were determined. Phase stability of final products by stabilization assessment, grain sizes, and potentials via zeta measurements, crystallography by X-ray diffraction, morphologies, and phase distributions by scanning electron microscopy, the functional groups via Fourier transform infrared spectroscopy, elemental analysis by inductively coupled plasma-mass spectrometer, determination of changes depending on temperature and time by thermal analysis, rheology via rheometer and in vitro cytotoxicities were characterized by MTT-Cell culture.
According to the results; except for the samples with 50:50 gel/powder ratios, the phase separation occurred, and the CA addition reduced the particle agglomeration. Thus, a potential IBGM with high biocompatibility that is ready for clinical use was developed. However, for the product to fully provide the desired features for surgical applications, its performance needs to be improved and in vivo studies must be completed.