Periost ve mezenkimal kök hücre temelli değişik hücrelerin kırık iyileşmesinde deneysel karşılaştırması
Comparision of fracture healing from periosteum and bone marrow derived stem cells experimentally
Yazar: CİHANGİR TÜREMİŞ
Danışman: PROF. DR. HASAN HAVITÇIOĞLU
Dokuz Eylül Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2021
Konu: Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology
Dizin: Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Kemik ve kemikler = Bone and bones ; Kitosan = Chitosan ; Kök hücre taransplantasyonu = Stem cell transplantation ; Kök hücreler = Stem cells ; Kırık iyileşmesi = Fracture healing ; Lif kabağı = Loofah ; Periost = Periosteum

Özet:
Kemik kırıkları günlük yaşam aktivitelerini etkileyen önemli sağlık sorunlarındandır. Kırık sonrası kırığın kaynaması ve rehabilitasyon süreci uzun zamanalmaktadır. Bu durum yaşamda önemli bir yer tutmaktadır. İş gücü kaybı, maliyetin artmasına sebep olmaktadır. Kemik kırıklarının özellikle kaynama gecikmesi, kaynamama durumları, enfeksiyon gibi durumlarında ise maliyetin artmasına, yaşam konforunun önemli derecede düşmesine sebep olmaktadır. Biyomalzemeler ile doku iskelesi yapımı sonrası kırık iyileşmesini ileriye götürecek yeterlilik kilinik çalışmalara tam olarak yansıtılamamıştır.
             Son çalışmalarda kök hücre ile doku iskelesi yapımları artmakta olup hasar gören dokuya ait kök hücrelerle yeniden yapılanması amaçlanmaktadır. Kemik doku mühendisliğide bu alanda labaratuvar ortamında kök hücre ve biyomalzemeleri bir araya getirerek uygun doku iskelesi yapımına önem vermiştir. Kullanılan malzemelerin biyouyumluluğu, kullanılan yerde absorbe olması, osteokondüktif ve osteoblastik özellikte olması önemini artırmıştır.
              Yaptığımız literatür araştırmasında lif kabağı temelli doku iskelesinde kemik iliği ve periosttan köken alan kök hücrelerin etkilerinin kırık iyileşmesine histolojik, radyolojik ve biyomekanik etkileriyle ilgili bir çalışma bulunamamıştır. Bundan dolayı kemik iliği kökenli kök hücrelerin lif kabağı temelli doku iskelesi üzerinden kırık iyileşmesine olumlu yönde etki edecektir, hipotezi ile çalışma yapılmıştır. Dört farklı çalışma grubu oluşturulmuştur.
                48 adet 	Winstar Albino ratları 12' şerli gruplara ayrılmıştır. Birinci. grup femur orta şaftan osteotomi yaparak periost sıyrılmadan Kirshner teli ile intramedüler fiksasyan yapılmıştır. İkinci grup (n=12), doku iskelesinin in vivo biyouyumluluğunu ölçülmüştür. Bu amaçla kırık oluşturulmuş periost sıyrılarak ve hücre kullanılmadan sadece optimum doku iskelesi konularak kırık fiksasyonu yapılmıştır. Üçüncü grupta (n=12), ratlardan otolog olarak elde edilen kemik iliği kökenli mezenkimal kök hücreler ile hücrelendirilen doku iskeleleri kırık oluşturularak periostun sıyrıldığı kırık bölgesine yerleştirilerek fiksasyon sağlanmıştır. Son grupta (n=12) ise, ratlardan otolog olarak elde edilen periost kökenli mezenkimal kök hücreler ile hücrelendirilen doku iskeleleri kırık oluşturulmuş periostun sıyrıldığı kırık hattına uygulanarak fiksasyon sağlanmıştır.
              Operasyonlardan sonra 8 hafta yaşatılan ratlar yüksek doz anestezik uygulanarak sakrifiye edilmiştir. Deneklerden eksize edilen dokularda; biyomekanik, radyolojik, histolojik analizlerden geçirilmiştir.
             Sonuç olarak, oluşturduğumuz kemik iliği ve periost kökenli kök hücrelerinin HAp + Lif kabağı+ CMCht temelli doku iskelelerinin; yaptığımız in vitro ve in vivo çalışmalarla, biyouyumlu olduğu ve kemik doku mühendisliğinde özellikle kırık iyileşmesine iyi bir alternatif olacağı gösterilmiştir.

Abstract:
The incidence of post-traumatic fractures is around 10-15%(1). This rate may increase in elderly patients due to osteoporosis and poor bone quality. There are various methods for stabilization of the fracture. The aim here is to heal the fracture and enable the patient to continue daily life as early as possible. Sometimes there may be problems with the union of the fracture. Especially infection, loss of fracture stability, delayed union or nonunion increase the cost and decrease the quality of life. Many methods have been used for these situations. Autografts, allografts and other external fixators have been used. In bone tissue engineering, which is one of these areas; studies on fracture union continue increasingly. The effects of stem cell studies and scaffolds on fracture healing are evaluated. Tissue scaffolds have been shown to increase osteoblastic and osteoconductive effects in fracture healing. The use of stem cells obtained from adipose tissue has increased in studies. However, other sources such as bone marrow, periosteum, dental pulp, umbilical cord are also used to obtain stem cells. In particular, the transformation of stem cells obtained from bone marrow and periosteum into osteoblastic cells can get higher quality structure. The differentiation capacity of stem cells originating from the bone marrow and periosteum got in a standard and sterile environment is provided with appropriate media.
   When constructing scaffolds, bioactivity, biocompatibility and biodegradability are the three main characteristics of the biomaterials used. HAp, which we used for tissue scaffolding in our study, has an extremely effective role in the differentiation, proliferation and biocompatibility of osteoblasts. 
   Carboxymethyl chitosan used in tissue scaffolding is a natural polymer that increases the osteoconductive effect. By carboxymethylation of chitosan, its water solubility is increased and thus it can be processed more easily. In this way, mechanical stabilization is increased.
   Luffa cylindrica (LC) plant, known as loofah or sponge gourd, comes from the Cucurbitaceae family and its fruit has a thick peel. This fruit has seeds inside and has a versatile fiber array with a natural mat. Its main composition can be considered as 60% cellulose, 30% hemicellulose and 10% lignin. At the same time, its porous structure, non-toxicity and low cost are considered as a reliable and usable matrix part.
   Our study aimed to compare the fracture healing of tissue scaffolds with loofah + CMCht + HAp used together with stem cells obtained from bone marrow and periosteum in rat models. At the same time, the contribution of the empty tissue scaffold to fracture healing was evaluated.
In the different groups we created, the quality of the bone formed in the fracture area was evaluated by imaging methods such as radiological graphy and micro-CT. Fracture healing of the groups was evaluated separately by performing histological staining and biomechanical measurement analysis.