Bone morfojenetik protein-6 ve insülin benzeri büyüme faktörü-1'in kontrollü ve ardışık salımının sementoblast hücreleri üzerine etkileri
The effects of sequential and controlled release of bone morphogenetic factor-6 and insulin-like growth factor-1 on cementoblasts
Yazar: EMEL TUĞBA ATAMAN
Danışman: PROF. DR. RAHİME MERAL NOHUTCU
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Periodontoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry
Dizin: Kemik morfojenik proteinleri = Bone morphogenic proteins ; Kemik rejenerasyonu = Bone regeneration ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Kitosan = Chitosan ; Mikroküreler = Microspheres ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Periodontal hastalıklar = Periodontal diseases ; Periodontitis = Periodontitis ; Proteinler = Proteins ; İnsülin benzeri büyüme faktörü I = Insulin like growth factor I

Özet:
Periodontitis, dişi destekleyen dokuların yıkımına neden olan enfeksiyöz bir hastalıktır. Periodontal tedavilerin amacı, hastalığın başlamasına ve ilerlemesine neden olan lokal faktörleri uzaklaştırarak periodontal dokuları sağlıklı hale getirmektir. Geleneksel periodontal tedaviler, hastalığın ilerlemesini durdurmada başarılı olsa da, hastalık sonucu kaybedilen dokuların yeniden oluşumunun sağlanamadığı "tamir" tipi iyileşmeyle sonuçlanır. Periodontal rejenerasyon; hastalık sonucu kaybedilen alveol kemiği, periodontal ligament ve sementin yeniden oluşması olarak tanımlanır ve periodontal rejenerasyon oldukça karmaşık olaylar sürecini kapsamaktadır. Büyüme ve farklılaşma faktörleri hücresel fonksiyonları düzenleyen polipeptidlerdir. Bu faktörlerden bazıları hazırlayıcı (competence) faktörler olarak, bazıları da ilerletici (progression) faktörler olarak görev alarak hücre döngüsünün devamlılığını sağlarlar. Bu nedenle, hücre büyüme ve gelişme sürecinin devamlılığı için her iki grup faktörün bir arada olması istenir. Ancak, maliyetlerin yüksek olması ve kısa biyolojik yarı ömürleri nedeniyle hedef hücreler üzerindeki etkilerinin sınırlı kalması büyüme ve farklılaşma faktörlerinin klinikte yaygın olarak kullanılmasını engellemektedir. Bu nedenle belirli taşıyıcılar kullanılarak büyüme ve farklılaşma faktörlerinin kontrollü bir şekilde salımlarının sağlanması gerekmektedir. Kitosan, biyolojik olarak uyumlu ve yara iyileşmesi üzerinde olumlu etkilere sahip doğal bir polimerdir. Bu çalışmanın amacı, periodontaI dokuların doğal iyileşme sürecine benzer olarak IGF-I ve BMP-6'nın kontrollü ve ardışık salımının sementoblast hücrelerinin rejeneratif potansiyelleri üzerindeki etkilerini araştırarak, periodontal doku mühendisliği için uygun doku iskelesi önerisinde bulunmaktır. Kontrollü ve ardışık salımı sağlamak amacıyla kompozit yapı, üretilen IGF-I yüklü mikroküreler ve BMP-6 yüklü nanopartiküllerin kitosan doku iskelesine entegre edilmesiyle oluşturuldu. Salım kinetikleri belirlenen taşıyıcıların sementoblastlar üzerindeki etkileri değerlendirildi. Hücrelerin çoğalmalarını değerlendirmek amacıyla yapılan MTT (3-[4,5-Dimetiltiazol-2-yl]-2,5-Difeniltetrazolyum Bromür) analizleri sonucunda 2, 4, 8 ve 12. günlerde hem IGF-I hem de BMP-6 içeren kompozit yapı grubunda kontrol gruplarına göre belirgin fark görüldü. Buna ek olarak, sementoblastların farklılaşmalarının ve mineralize doku oluşturma potansiyellerinin de kontrollü ve ardışık salımı sağlayan kompozit yapıda kontrol gruplarına göre artmış olduğu belirlendi. Sonuç olarak, üretilen kompozit yapının periodontal rejenerasyon uygulamaları için kontrollü ve ardışık salımı sağlayabilen uygun bir taşıyıcı olduğu ve doku mühendisliği uygulamaları için ümit verici olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
Periodontitis is an infectious disease which causes loss of tooth supporting structures. The goal of periodontal therapy is to improve periodontal health by means of removal of local factors which initiate and progress periodontal infection. Conventional periodontal therapies can stop disease progression but often result in "repair" or scar formation, not reproducing the structures lost in the disease process. Periodontal regeneration is histologically defined as regeneration of tooth supporting structures including alveolar bone, periodontal ligament and cementum and it is a complicated process. Growth and differentiation factors (GDF) are polypeptites which regulate cell functions. These factors are known as competence or progression factors and they provide continuity of cell cycle. Therefore for continuity of cell growth process, these two group of factors are needed to act together. However, clinical use of growth factors have two shortcomes: cost and short biological half-life which limit their effects on cells regenerating the periodontium. Therefore by using scaffold systems, it is needed to provide their controlled release. Chitosan is a biocompatible natural polymer which has positive effects on wound healing. The goals of this study are to develop micro and nanoparticles loaded chitosan carriers for controlled and sequential delivery, to observe protein release kinetics of IGF-I (competence factor) and BMP-6 (progression factor) which are loaded into micro and nanoparticles and to test the effects of released factors on various cell functions and protein expression of cementoblasts. For sequential and controlled release of growth factors, composite structure was fabricated from being encapsulated IGF-I loaded microparticles and BMP-6 loaded nanoparticles in chitosan scaffold. After the characterisation of in vitro release kinetics, the effects of scaffolds on cementoblasts were determined. Cementoblast cell proliferation was measured with MTT (3-[4,5-Dimethylthiazol-2-yl]-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide) assay. Depending on the results, both IGF-I and BMP-6 containing composite structures showed greater effects of MTT assay at 2, 4, 8, 12th days compared with control groups. In addition,  cementoblasts differentiation and mineralized tissue formation potentials were also increased in composite structure, compared with control groups. As a conclusion, composite structure, composed of micro and nanoparticles and chitosan, is an appropriate scaffolds for periodontal regeneration applications via providing sequential and controlled release and have a promising future for tissue engineering approaches.