Vasküler doku iskelelerinin in vitro ve in vivo değerlendirilmesi
In vitro and in vivo evaluation of vascular scaffolds
Yazar: MEHMET BİRER
Danışman: PROF. DR. FÜSUN ACARTÜRK
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Elektro çekim yöntemi = Electro attraction method ; Kardiyovasküler sistem = Cardiovascular system ; Transplantlar = Transplants ; İlaç kullanımı = Drug utilization ; İn vitro = In vitro ; İn vivo = In vivo

Özet:
Bu çalışmanın amacı elektroçekim yöntemi kullanılarak, telmisartan (TEL) içeren, 3 mm iç
çapa sahip, biyouyumlu ve biyoparçalanır, nanolif yapısında vasküler doku iskeleleri
hazırlanması ve iskelelerin etkinliğinin, hücre kültürü ve in vivo çalışmalarla
değerlendirilmesidir. Çalışmada polimer olarak kolajen tip I ve polikaprolakton (PCL)
seçilmiştir. Kolajen vasküler hücreleri çevreleyen ve dokuya biyomekanik özellik kazandıran
ekstraselüler matriksin en önemli bileşenlerinden biridir. PCL ise biyouyumluluğu yüksek,
FDA onaylı, sağlam ve esnek yapıda bir polimerdir. Hazırlanan vasküler doku iskelelerine,
nitrik oksit ekspresyonunu artıran, antiaterosklerotik etkiye sahip ve FDA onaylı bir ajan olan
TEL yüklenmiştir. Çalışma iki kısımda gerçekleştirilmiştir. İlk kısımda önformülasyon
çalışması olarak PCL ve kolajenin yapısal analoğu jelatin kullanılarak bir seri formülasyon
hazırlanmış ve karakterize edilmiştir. İkinci kısımda ise PCL/kolajen tabanlı vasküler greftler
çift tabakalı ve tübüler formda hazırlanmıştır. Hazırlanan greftlerin mekanik ve morfolojik
karakterizasyonları yapılmıştır. Diferansiyel taramalı kalorimetre, X-ışığı kırınım
difraktometresi ve Fourier dönüşümlü infrared spektrometre çalışmaları sonucunda
formülasyon bileşenleri arasında geçimsizlik olmadığı tespit edilmiştir. Optimum
formülasyon %10 PCL, %2 kolajen ve %1 TEL içermektedir, %544 kopmadaki gerinim
değerine ve 86,7° temas açısına sahiptir. Yapılan in vitro salım çalışmasında optimum
formülasyondan TEL 21 gün içinde kontrollü şekilde salınmıştır. Formülasyonun 4°C,
25°C/%60 bağıl nem ve 40°C/%75 bağıl nem ortamlarında stabilite çalışmaları yapılmıştır.
En uygun saklama ortamı olarak seçilen 25°C/%60 bağıl nem ortamında etkin madde salım
profilinin ve ortalama lif çapının 12 ay sonunda değişmediği, mekanik özelliklerin ise bir
miktar zayıfladığı görülmüştür. Hücre kültürü ve in vivo çalışmalarda optimum formülasyon
ile bu formülasyonun etkin madde içermeyen hali kıyaslanmıştır. Formülasyonlar
biyouyumlu ve hücre proliferasyonu üzerine etkili bulunmuştur. TEL içeren formülasyonun
hücre üremesini yavaşlatıcı etkisinin olduğu görülmüştür. İn vivo çalışmada formülasyonlar
sıçanlara subkütan olarak implante edilmiştir. Greftlerin üzerindeki hücre üremesi ve greftin
implante edildiği bölgeye komşu deri ve kas dokuları üzerindeki etkileri biyokimyasal,
histolojik ve immünohistokimyasal analizlerle incelenmiştir. Malondialdehit seviyesi etkin
madde içeren greftlerin implante edildiği gruptaki kas dokularında daha yüksektir, bu durum
bölgedeki yüksek makrofaj aktivitesi ile ilişkilendirilmiştir. Seçilen optimum formülasyonun
TEL içermeyen formülasyona göre in vivo koşullarda daha etkili olduğu ve doku iyileşmesini
hızlandırdığı görülmüştür. TEL içeren formülasyonun implante edildiği sıçanlarda greft
üzerinde makrofaj tutulumu ve infiltrasyonu artmış, iyileşme hızlanmıştır. 

Anahtar kelimeler : Vasküler doku iskelesi, ilaç yüklü vasküler greft, elektroçekim

Abstract:
This study aims to prepare vascular tissue scaffolds containing telmisartan (TEL), 3 mm
inner diameter, biocompatible and biodegradable, nanofiber structure by using the
electrospinning method and to evaluate the efficiency of the scaffolds by cell culture and in
vivo studies. Collagen type I and polycaprolactone (PCL) were chosen as polymers in the
study. Collagen is one of the most important components of the extracellular matrix that
surrounds the vascular cells and gives the biomechanical properties of tissues. PCL is a
durable and flexible FDA approved polymer with high biocompatibility. The prepared
vascular tissue scaffolds were loaded with TEL, an FDA-approved agent that increases
nitric oxide expression and has an antiatherosclerotic effect. The study was carried out in
two parts. In the first preformulation part of the study, a series of formulations were prepared
and characterized using PCL and gelatin, the structural analogue of collagen. In the second
part, PCL/collagen-based vascular grafts were prepared in the bilayer and tubular form.
Mechanical and morphological characterizations of the prepared grafts were performed. As
a result of differential scanning calorimetry, X-ray diffractometry and Fourier transform
infrared spectroscopy studies, it was determined that there was no incompatibility among
the components. The optimum formulation contained 10% PCL, 2% collagen, and 1% TEL,
which had an elongation at break of 544% and a contact angle of 86.7°. In the in vitro
release study, TEL was released from the optimum formulation in a controlled manner within
21 days. Stability studies of the formulation were carried out at three different media (4°C,
25°C/60% RH, and 40°C/75% RH). It was observed that the active substance release profile
and average fiber diameter did not change after 12 months, and the mechanical properties
were weakened at the 25°C/60% relative humidity, which was chosen as the best
conditions. In cell culture and in vivo studies, the optimum formulation and the TEL-free
formulation were compared. The formulations were found to be biocompatible and effective
on cell proliferation. It has been observed that the formulation containing TEL has a
inhibiting effect on cell proliferation. In the in vivo study, the formulations were implanted
subcutaneously into rats. Cell proliferation on the grafts and their effects on the skin and
muscle tissues adjacent to the implanted area was investigated by biochemical, histological,
and immunohistochemical studies. The level of malondialdehyde was higher in the muscle
tissues of the group in which the grafts containing the active substance were implanted,
which was associated with high macrophage activity in the region. It was observed that the
optimum formulation selected was more effective in vivo and accelerated tissue healing. In
rats where the formulation containing TEL was implanted, macrophage uptake and
infiltration on the graft increased, and healing was accelerated.
 
Key Words : Vascular scaffold, drug-loaded vascular graft, electrospinning