Süperparamanyetik demir oksit nanopartikülleri içeren biyoaktif camların sol-jel yöntemi ile sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of superparamagnetic iron oxide nanoparticlecontaining bioactive glasses by sol-gel method
Yazar: MEHMET SAATCİ
Danışman: PROF. DR. AYLİN MÜYESSER DELİORMANLI
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Biyoaktif camlar = Bioactive glass ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; Süperparamanyetik etki = Superparamagnetic effect

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, kemik doku mühendisliği uygulamaları ve osteosarkom tedavisinde kullanılmak üzere süperparamanyetik maghemit nanopartikülleri içeren (ağ.% 2, 5, 10 ve 20) silikat bazlı 13-93 biyoaktif cam tozlarının hazırlanması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, ortak çöktürme tekniği kullanılarak maghemit nanopartikülleri sentezlenmiş, daha sonra sol-jel yöntemi ile maghemit nanopartikülleri içeren biyoaktif cam kompozit tozları üretilmiştir. Sentezlenen maghemit ve biyoaktif cam partiküllerinin yapısal, morfolojik, termal ve manyetik özellikleri ile in vitro biyoaktivite ve in vitro sitotoksisiteleri incelenmiştir. In vitro biyoaktivite çalışmaları, yapay vücut sıvısı (SBF) içerisinde zamanın fonksiyonu olarak gerçekleştirilmiş ve cam partiküllerin yüzeylerinde hidroksiapatit oluşturma yeteneği analiz edilmiştir. Çalışma kapsamında sentezlenen malzemelerin in vitro sitotoksisitesi osteosarkom SaOS-2 ve osteoblastik MC3T3-E1 hücreleri kullanılarak MTT yöntemi ile incelenmiştir. Sentezi gerçekleştirilen biyoaktif cam tozlarının ilaç salım davranışları bir kemoterapi ajanı olan 5-fluorourasil (5-FU) kullanılarak araştırılmıştır. Sonuçlar, sentezlenen maghemit nanopartiküllerinin ve maghemit içeren biyoaktif camların süperparamanyetik özellik gösterdiğini ortaya koymuştur. Ağırlıkça %5'e kadar maghemit içeren biyoaktif camların, SBF içerisinde yüksek biyoaktiviteye sahip olduğu anlaşılmıştır. Sentezlenen biyoaktif cam tozları, osteosarkom ve osteoblastik hücrelere karşı 1, 3 ve 7 günlük kültür sonunda sitotoksik etki göstermemiştir. İlaç salım deneyleri, 5-FU yüklenmiş biyoaktif cam tozlarının sürekli ilaç salım davranışı sergilediğini ve ilaç salım kinetiğinin Korsmeyer-Peppas modeline uyduğunu göstermiştir. Tüm bulgular birlikte değerlendirildiğinde, tez çalışması kapsamında hazırlanan manyetik biyoaktif camların, hipertermi yoluyla kanser tedavisinde ve anti-kanser ilaç salım uygulamalarında kullanım için yüksek bir potansiyele sahip olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Within the scope of the study, it was aimed to prepare silicate-based 13-93 bioactive glass powders containing superparamagnetic maghemite nanoparticles (2, 5, 10 and 20 wt%) for use in bone tissue engineering applications and osteosarcoma treatment. For this purpose, maghemite nanoparticles were synthesized using the co-precipitation technique, then bioactive glass composite powders containing maghemite nanoparticles were produced by sol-gel method. Structural, morphological, thermal and magnetic properties, in vitro bioactivity and in vitro cytotoxicity of prepared maghemite and bioactive glass particles were investigated. In vitro bioactivity studies were performed as a function of time in simulated body fluid (SBF) and the ability to form hydroxyapatite on the surfaces of glass particles was investigated. In vitro cytotoxicity of the synthesized materials was investigated with osteosarcoma SaOS-2 and osteoblastic MC3T3-E1 cells using MTT method. Drug release behavior of the synthesized bioactive glass powders were investigated using 5-fluorouracil (5-FU) that is a chemotherapeutic agent. The results revealed that the synthesized maghemite nanoparticles and bioactive glasses containing maghemite showed superparamagnetic properties. It has been understood that bioactive glasses containing up to 5% maghemite by weight have high bioactivity in SBF. The synthesized bioactive glass composites did not show cytotoxic response against osteosarcoma and osteoblastic cells after culturing for 1, 3 and 7 days. Drug release experiments showed that 5-FU-loaded bioactive glass powders exhibited sustained drug release behavior and drug release kinetics followed the Korsmeyer-Peppas model. Based on the overall results, it was concluded that the magnetic bioactive glasses prepared within the scope of the thesis, have a high potential to be used in cancer treatment through hyperthermia and anti-cancer drug delivery applications.