Osteokondral doku mühendisliğinde kullanılmak üzere üç boyutlu kompozit doku iskelelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of three dimensional composite scaffolds for osteochondral tissue engineering
- Tez No: 1001798
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Osteokondral doku mühendisliği, biyomalzemeler ve biyoaktif bileşenler kullanılarak hasarlı dokunun kalıcı ve fonksiyonel olarak yenilenmesini amaçlayan multidisipliner bir alandır. 3B baskı teknolojisi ile gözeneklilik, geometri ve malzeme bileşimi gibi parametrelerin hastaya özgü olarak optimize edilmesiyle kompleks yapılar üretilebilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında osteokondral bölgenin kemik (BL), kalsifiye kıkırdak (CCL), tidemark (TD) ve kıkırdak (CL) katmanlarından oluşan hiyerarşik yapısını taklit edebilen çok katmanlı doku iskelesi farklı 3B baskı teknolojileri kullanılarak üretilmiştir. 3B baskı mürekkep formülasyonları katmanların gereksinimlerine spesifik olarak ayarlanmış, bu sayede hem mekanik dayanım hem de biyolojik yanıt açısından doğal osteokondral dokuya benzer özellikler elde edilmesi amaçlanmıştır. Kıkırdak dokusunun, kemik dokusuna kıyasla avasküler yapıya sahip olması nedeniyle rejeneratif kapasitesinin sınırlı olması, kıkırdak hasarlarının etkin şekilde iyileşmesini engellemektedir. Bu nedenle doku onarımını desteklemek ve rejeneratif yanıtı artırmak amacıyla CL doku iskelesine kondrosit farklılaşmasını teşvik eden Kartogenin molekülü yüklenmiş ve kontrollü salım çalışmaları yapılmıştır. Reolojik analiz sonuçları, katmanlara ait 3B baskı mürekkeplerinin shear-thinning akış davranışı sergilediğini ortaya koymuştur. Katmanlara özel üretilen doku iskelelerinin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM); kimyasal özellikleri ise Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile karakterize edilmiştir. Katmanların mekanik analizleri ve biyobozunma- şişme analizleri gerçekleştirilmiştir. CL iskelesinin Young modülü 1,10± 0,23 MPa olarak saptanmış olup, bu değerin doğal diz kıkırdağının elastik modülü aralığıyla yüksek uyumlu olduğu görülmüştür. BL iskelesinin Young modülü 167,45 ± 57,51 MPa olarak ölçülmüş; ara katmanları oluşturan CCL ve TD'nin Young modülü değerlerinin ise CL ve BL katmanları arasında konumlandığı belirlenmiştir. Bu kademeli mekanik geçiş, doğal diz dokusundaki gradyan geçişi taklit eden biyomimetik bir yapı elde edildiğini göstermektedir. Ayrıca CL iskelesinin gösterdiği yüksek şişme oranı (~%303) doğal kıkırdak matriksinin su içeriğini taklit edebilme potansiyelini desteklemektedir. Hücre kültürü çalışmaları, iskelelerin biyouyumluluğunu doğrulamış; katmanlara özgü farklılaşma analizleri ise başarılı kondrojenik ve osteojenik farklılaşmanın gerçekleştiğini ortaya koymuştur. Tidemark Geçirgenliği Testi sonucunda TD katmanının hücre geçirgenliğindeki etkisi incelenmiştir. Elde edilen bulgular, geliştirilen çok katmanlı doku iskelesinin osteokondral rejenerasyonuna yönelik klinik uygulamalarda yenilikçi ve etkili bir tedavi alternatifi olarak kullanılma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Osteochondral tissue engineering is a multidisciplinary field that aims to achieve permanent and functional regeneration of damaged tissue using biomaterials and bioactive components. Three-dimensional (3D) printing technology enables the fabrication of complex structures through the optimization of key parameters, including porosity, geometry, and material composition, in accordance with patient-specific requirements. Within the scope of this thesis, a multilayer tissue scaffold capable of mimicking the hierarchical structure of the osteochondral region, consisting of bone (BL), calcified cartilage (CCL), tidemark (TD), and cartilage (CL) layers, was produced using different 3D printing technologies. Biomaterial formulations were specifically tailored to the requirements of each layer, aiming to achieve properties similar to natural osteochondral tissue in terms of both mechanical strength and biological response. The limited regenerative capacity of cartilage tissue, attributed to its avascular nature in contrast to bone tissue, hinders the effective healing of cartilage injuries. Therefore, to support tissue repair and enhance the regenerative response, the CL tissue scaffold was loaded with the Kartogenin molecule, which promotes chondrocyte differentiation, and controlled release studies were conducted. Rheological analysis results revealed that the biomaterials belonging to the layers exhibited shear-thinning flow behavior. The morphological properties of the tissue scaffolds produced specifically for the layers were characterized using scanning electron microscopy (SEM), while their chemical properties were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Mechanical analyses and biodegradation-swelling analyses of the layers were performed. The Young's modulus of the CL scaffold was determined to be 1.10 ± 0.23 MPa, which is in high agreement with the elastic modulus range of natural knee cartilage. The Young's modulus of the BL scaffold was measured as 167.45 ± 57.51 MPa; the Young's modulus values of the interlayers, CCL and TD, were found to be located between the CL and BL layers. This gradual mechanical transition indicates that a biomimetic structure mimicking the gradient transition in natural knee tissue has been obtained. Furthermore, the high swelling rate (~303%) shown by the CL scaffold supports its potential to mimic the water content of the natural cartilage matrix. Cell culture studies confirmed the biocompatibility of the scaffolds; layer-specific differentiation analyses revealed successful chondrogenic and osteogenic differentiation. The effect of the TD layer on cell permeability was examined using the Tidemark Permeability Test. The findings indicate that the developed multilayer tissue scaffold has the potential to be used as an innovative and effective treatment alternative in clinical applications for osteochondral regeneration.
Benzer Tezler
- Hücre tabakası mühendisliğinde kalınlık ve vaskülerizasyon problemlerine yönelik stratejilerin geliştirilmesi
Development of strategies towards thickness and vascularization problems in cell sheet engineering
ATAKAN TEVLEK
Doktora
Türkçe
2019
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİL MURAT AYDIN
- Developing novel bioactive scaffolds for cartilage tissue engineering applications
Kıkırdak doku mühendisliği uygulamaları için yeni biyoaktif i̇skelelerin geliştirilmesi
OĞUZHAN GÖKMEN
Doktora
İngilizce
2026
Mühendislik Bilimleriİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN KARAMAN
- Osteokondral defektlerin onarımında kullanılmak üzere kriyojel-nanofiber çift katmanlı doku iskelelerinin üretimi ve karakterizesyonu
Production and characterization of cryogel-nanofiber bi-layered scaffolds for use in the repair of osteochondral defects
BURCU SAKIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİMET KARAGÜLLE
- Osteokondral doku mühendisliğinde tabakalı hibrit yapıların geliştirilmesi
Development of layered hybrid structures in osteochondral tissue engineering
SELCAN GÜLER AKSAKALOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM VARGEL
- Kemik doku onarımı için hidroksiapatit/peptit amfifil bazlı nanokompozit doku iskelelerinin geliştirilmesi
Development of hydroxyapatite/peptide amphiphile based nanocomposite scaffolds for bone tissue repair
SONER ÇAKMAK
Doktora
Türkçe
2015
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU