Işık-etkili kemik doku mühendisliği
Photo-induced bone tissue engineering
Yazar: NAZİFE ÜLKER
Danışman: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Sunulan tez çalışmasında, geniş (700-2500 nm, 650 W, 10-4 W/cm2) dalga boyu aralığında ışıma yapan plazma ark kaynağının biyomodülatif etkisinin 3-boyutlu hücre kültürlerinde araştırılması ve sonuçlarının kemik doku mühendisliği açısından değerlendirilmesi amaçlanmıştır.
Tez çalışmasının ilk aşamasında, dondurarak-kurutma tekniği ile 3-boyutlu, gözenekli kitosan doku iskeleleri elde edilmiştir. Çalışmanın sonraki aşamasında, özel olarak tasarlanmış olan plazma ark kaynağının uygulama parametrelerinin belirlenmesine yönelik öncül çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Preosteoblastik MC3T3-E1 hücreleri ile yapılan analizler sonucunda, ışık kaynağının kullanılmasına bağlı olarak meydana gelen sıcaklık artışının hücrelere zarar vermeyecek boyutta olduğu belirlenmiştir. Işık kaynağının; hücrelere 10 cm mesafeden ve gün aşırı olarak, doku kültür kaplarındaki (TCPS) hücre gruplarına 5 dk ve kitosan doku iskeleleri gruplarına ise 10 dk süre ile uygulanmasına karar verilmiştir.
Tez çalışmasının son aşamasında, belirlenen koşullarda plazma ark kaynağı kullanılarak durgun koşullarda yürütülen hücre kültürü çalışmaları gerçekleştirilmi?tir. Hücre canlılığı ve üremesi MTT (3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-difeniltetrazolyum bromür) analizi ile takip edilmiş, hücrelerin doku iskelesi içerisindeki morfolojileri ise SEM (taramalı elektron mikroskobu) analizi ile incelenmiştir. TCPS grubunda bulunan hücrelerin morfolojilerini incelemek için floresan boyama yapılmasının yanı sıra ı?ık mikroskobundan da fotoğraflar alınmıştır. Hücre farklılaşması ise alkalin fosfataz (ALP) aktivitesinin ölçümü ve Von Kossa boyama ile belirlenmiştir. RT-PCR (gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu) ile MC3T3-E1 hücrelerinin osteojenik farklılaşma belirteci olan ALP, kollajen tip I ve osteokalsin ekspresyon seviyeleri tespit edilmiştir.
Sonuçlar, literatürde hücresel cevap açısından yararlı olduğu belirtilen dalga boylarını içeren plazma ark kaynağının, çalışma kapsamında kullanılan hücrelerin kemik dokusu oluşturmasını pozitif yönde etkilediğini ve böylece kemik doku mühendisliğinde kullanımının uygun olacağını göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Kemik doku mühendisliği, kitosan, plazma ark kaynağı, 
fotobiyomodülasyon.

Abstract:
The purpose of this in vitro study is to investigate the biomodulatory effects of plasma arc welding (700-2500 nm, 650 W, 10-4 W/cm2) on three-dimensional (3D) cell cultures and to evaluate the results for bone tissue engineering applications.
In the first part of the study, porous chitosan scaffolds were prepared by freeze-drying technique. In the next part of the study, irradiation procedure was determined by several parameters i.e. irradiation time, frequence and distance. For the procedure of irradiation, primary studies were carried out using specially designed plasma arc welding. The results showed that, light-induced temperature rise did not affects cells when the distance between the lamp and the cells was 10 cm and the frequency of administration was daily. Moreover, light was applied for 5 min and 10 min to the cells in TCPS (tissue culture polystyrene dishes) and in chitosan scaffold groups, respectively.
In the last part of the study, cell-culture studies were performed under static conditions by using preosteoblastic MC3T3-E1 cell line and plasma arc welding. Cell viability and proliferation were analized by MTT (3-[4,5-dimethylthiazoyl-2-yl]-diphenyltetrazolium bromide) assay and morphological examination was done with SEM (scanning electron microscope). The photographs were taken under a light microscope and fluorescence staining was done to examine the morphology of the cells in the TCPS groups. Cell differentiation was quantified by determination of alkaline phosphatase (ALP) activities and Von Kossa staining. Osteogenic differentiation markers ALP, collagen type I and osteocalcin expression levels of MC3T3-E1 cells were determined using RT-PCR (real time polymerase chain reaction). According to the results, it was observed that photobiomodulation supported proliferation, osteogenic differentiation and matrix mineralization of MC3T3-E1 cells and inhibited apoptosis in both TCPS and chitosan scaffold groups.
The results indicate that plasma arc welding which involves a number of wavelengths useful for cellular responses mentioned in the literature, has positive effects on cells to bone tissue formation. In addition, photobiomodulation could be considered a promising application in bone tissue engineering.


Keywords: Bone tissue engineering, chitosan, plasma arc welding, 
photobiomodulation.