An in silico study of scaffold architecture effects on bone regeneration and scaffold degradation
İskele mimarisi etkilerinin kemik rejenerasyonu ve iskele bozunumu üzerine in silico bir çalışma
- Tez No: 1005476
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Biyomühendislik, Engineering Sciences, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bir iskele yapısının iç geometrisi, hem kemik rejenerasyonunu hem de biyobozunur polimerik implantların bozunma davranışını belirleyici biçimde etkilemektedir. Üçlü periyodik minimal yüzey mimarileri; elverişli yüzey özellikleri, birbirine bağlı gözeneklilik yapıları ve eklemeli imalat teknikleriyle uyumlulukları nedeniyle önemli ölçüde ilgi görmektedir. Ancak, mekanik olarak düzenlenen kemik adaptasyonu ile çoklu mekanizmalara dayalı iskele bozunması arasındaki zamana bağlı karşılıklı etkileşim, TPMS geometrileri için birleşik bir hesaplamalı çerçeve içerisinde henüz yeterince incelenmemiştir. Bu çalışmada, iskele mimarisinin fizyolojik yükleme koşulları altında kemik oluşumu ve iskele bozunmasının eşzamanlı evrimini nasıl etkilediğini nicel olarak değerlendiren mekanobiyolojik temelli bir sayısal çerçeve geliştirilmiştir. ANSYS Mechanical APDL ortamında kurulan sonlu eleman modeli ile elde edilen şekil değiştirme enerji yoğunluğu alanları, mekanostat kuramına dayalı kemik adaptasyonunu yönlendirmektedir. Eşzamanlı olarak MATLAB tabanlı bir model; kütlesel hidroliz, yüzey erozyonu ve stokastik etkileri içerecek şekilde polimer bozunmasını temsil etmektedir. Önerilen yaklaşım, eşdeğer gözeneklilik koşullarında çubuk tabanlı ve TPMS iskele mimarilerinin karşılaştırılmasına olanak sağlamakta ve kemik büyümesi, iskele rezorpsiyonu ile etkin mekanik performansın zamana bağlı öngörülerini sunmaktadır. Sonuçlar, gyroid ve primitive TPMS yapıların kübik kafeslere kıyasla daha elverişli bir rejenerasyon–bozunma dengesi sağladığını ve mimariye bağlı ödünleşimleri ortaya koyduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The internal geometry of a scaffold governs both bone regeneration and the degradation of biodegradable polymeric implants. Triply periodic minimal surface (TPMS) architectures have attracted interest due to favorable surface characteristics, interconnected porosity, and compatibility with additive manufacturing. However, the coupled, time-dependent interaction between mechanoregulated bone adaptation and multi-mechanism scaffold degradation has not been explored within a unified computational framework for architected TPMS geometries. The objective of this work is to develop and apply a mechanobiologically informed numerical framework to quantify how scaffold architecture influences the simultaneous evolution of bone formation and scaffold degradation under physiological loading. A coupled simulation pipeline is established in which strain energy density (SED) fields, computed using a finite element model in ANSYS Mechanical APDL, drive time-dependent bone adaptation based on mechanostat theory. Concurrently, a MATLAB-based model captures polymer degradation through bulk hydrolysis, surface erosion, and stochastic effects, enabling element-wise updates of material properties over time. The proposed framework enables direct comparison of strut-based and TPMS scaffold architectures at matched porosity and provides time-resolved predictions of bone growth, scaffold resorption, and effective mechanical performance. The results indicate that gyroid and primitive TPMS structures achieve a more favorable regeneration--degradation balance than a cubic lattice, highlighting architecture-dependent trade-offs between structural decay and biological integration.
Benzer Tezler
- Development of A multılayered nanofıber–hydrogel bone graft wıth bıoactıve and antıbacterıal agents
Çok katmanlı, biyoaktif ve antibakteriyel ajanlar içeren nanolif–hidrojel kemik greftinin geliştirilmesi
ZEYNEP RAMAZAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AZİME ERARSLAN
- Psikoaktif maddelerden mefedronun antikolinerjik etkinliğinin in vitro araştırılması
In vitro investigation of anticholinergic efficacy of mephedrone, a psychoactive substance
BEGÜM YURDAKÖK DİKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Adli TıpAnkara ÜniversitesiAdli Bilimler Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. HALİT SİNAN SÜZEN
- Synthesis, characterization, and investigation of antiproliferative activities of schiff bases containing substituted imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole and dopamine groups, and their fe(III) complexes
Sübstıtüe imidazo[2,1-b][1,3,4]tiyadiazol ve dopamin gruplarını içeren schiff bazlarının ve bunların FE(III) komplekslerinin sentezi, karakterizasyonu ve anti-proliferatif aktivitelerinin incelenmesi
MOJAHID SALAH IBRAHIM ALI
- Kemik doku mühendisliği için gözenekli yapı tasarımı
Design of porous structure for bone tissue engineering
SAFA ŞENAYSOY
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN LEKESİZ
- Sübstitüe izoksazolin türevi bileşiklerin sentezi
Synthesis of substituted isoxazoline derivatives
BEYZA HAMUR