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
- Tez No: 1006371
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AZİME ERARSLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Antibiyotikler, Doku rejenerasyonu, Hücre dışı matrkisler, Kemik rejenerasyonu, Kemik ve kemikler, Mezoporlu silika, Staphylococcus aureus, Antibiotics, Tissue regeneration, Extracellular matrix, Bone regeneration, Bone and bones, Mesoporous silica, Staphylococcus aureus
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kritik boyutlu kemik defektleri (CSBD'ler), mekanik stabilite, biyolojik uyarım ve enfeksiyon kontrolünün eş zamanlı olarak sağlanmasını gerektirmesi nedeniyle günümüzde önemli bir klinik sorun olmaya devam etmektedir. Geleneksel kemik greftleri ve sentetik ikameler, çoğu zaman bu gereksinimleri aynı anda karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmada, kemik onarımını geliştirmeye yönelik ileri bir rejeneratif platform olarak biyomimetik, çok katmanlı bir nanolif–hidrojel kemik grefti tasarlanmış, üretilmiş ve sistematik olarak değerlendirilmiştir. İskele mimarisi, elektrospin yöntemiyle üretilmiş poli(ε-kaprolakton) nanolifleri (PCL NF'ler) ile aljinat bazlı bir hidrojel matrisin ardışık katmanlarından oluşmaktadır. Doğal kemik mikroçevresini taklit etmek ve çok işlevli terapötik etkiler sağlamak amacıyla, kemik kökenli nano-desellülarize ekstrasellüler matriks (nano-dECM) doğal bir osteoindüktif bileşen olarak yapıya dahil edilmiştir. Ayrıca, simvastatinin kontrollü ve uzun süreli salımını sağlamak üzere mezoporöz silika nanopartikülleri (MPS) taşıyıcı olarak kullanılmış ve lokal antibakteriyel koruma sağlamak amacıyla seftriakson yapı içine entegre edilmiştir. Geliştirilen yapı; morfoloji, mekanik davranış, şişme ve bozunma kinetiği, in vitro mineralizasyon, ilaç salım profilleri, antibakteriyel etkinlik ve sitouyumluluk açısından karakterize edilmiştir. Çok katmanlı iskele, hidrojel ve nanolif katmanları arasında güçlü ara yüzey bağlanmasına sahip, iyi entegre olmuş laminer bir yapı sergilemiştir. Nano-dECM ilavesi, simüle edilmiş vücut sıvısı (SBF) ortamında mineral birikimini anlamlı düzeyde artırmış ve apatit oluşumunu hızlandırmıştır. Simvastatin ve seftriaksonun kontrollü ve sürdürülebilir salımı sağlanarak ani salım etkisi azaltılmış, uzun süre boyunca terapötik olarak anlamlı konsantrasyonlar korunmuştur. Antibakteriyel testler, Staphylococcus aureus (S. aureus) üzerinde konsantrasyona bağlı inhibisyonu doğrularken, MTT analizleri yüksek sitouyumluluk göstermiş ve kemik mezenkimal kök hücre proliferasyonunu desteklemiştir. Sonuç olarak, önerilen çok katmanlı nanolif–hidrojel (NF-HG) iskele; biyomimetik tasarım, kontrollü ilaç salımı, mekanik güçlendirme ve enfeksiyon kontrolünü tek bir yapı içinde başarıyla birleştirmektedir. Bu çok işlevli strateji, karmaşık kritik boyutlu kemik defektlerinin tedavisi için umut verici ve klinik olarak aktarılabilir bir yaklaşım sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Critical-sized bone defects (CSBDs) remain a major clinical challenge due to the combined demands of mechanical stability, biological stimulation, and infection control. Conventional bone grafts and synthetic substitutes often fail to address these requirements simultaneously. In this study, a biomimetic multilayered nanofiber-hydrogel bone graft was designed, fabricated, and evaluated as an advanced regenerative platform for enhanced bone repair. The scaffold architecture integrates alternating layers of electrospun polycaprolactone nanofibers (PCL NFs) and an alginate-based hydrogel matrix. To emulate the native bone microenvironment and deliver multifunctional therapeutic effects, bone-derived nano decellularized extracellular matrix (nano-dECM) was incorporated as a natural osteoinductive component, mesoporous silica nanoparticles (MPS) were employed as carriers for sustained Simvastatin release, and Ceftriaxone was embedded to provide localized antibacterial protection. The construct was characterized in terms of morphology, mechanical behavior, swelling and degradation kinetics, in vitro mineralization, drug release profiles, antibacterial efficacy, and cytocompatibility. The multilayered scaffold exhibited a well-integrated laminar structure with strong interfacial bonding between hydrogel and NF layers. Nano-dECM incorporation significantly enhanced mineral deposition and accelerated apatite formation during simulated body fluid (SBF) immersion. Controlled and sustained release of Simvastatin and Ceftriaxone was achieved, effectively reducing burst release while maintaining therapeutically relevant concentrations over extended periods. Antibacterial testing confirmed concentration-dependent inhibition of Staphylococcus aureus (S.aureus), while MTT assays demonstrated excellent cytocompatibility and promoted bone mesenchymal stem cell (BMSCs) proliferation. Overall, the proposed multilayered NF-HG scaffold successfully combines biomimicry, controlled drug delivery, mechanical reinforcement, and infection control within a unified design. This multifunctional strategy represents a promising and translatable approach for the treatment of complex CSBDs.
Benzer Tezler
- Yağ-su ayrımında kullanılmak üzere sıcaklık duyarlı akıllı membran geliştirilmesi
Development of thermo-responsive smart membrane for oil-water separation
NUR ORAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriEge ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLDEMET BAŞAL BAYRAKTAR
- Diyabetik yara iyileşmesinde kullanılmak üzere geliştirilen çok katmanlı akıllı yara örtüsü
Multilayered smart wound dressings to be used in diabetic wounds therapies
AYŞENUR ACUNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriBaşkent ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ
- Nanofiber temelli fotokatotların hazırlanması ve yapay fotosentez uygulamalarında kullanımı
Preparation of nanofiber-based photocathodes and using in artificial photosynthesis applications
ESRA SALKIM
- Arı ürünlerinin gıda ambajlamada potansiyel kullanımının incelenmesi
Investigation of the potential use of bee products in food packaging
SEDANUR AŞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Gıda MühendisliğiBingöl ÜniversitesiGıda Güvenliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DILHUN KERİMAN ARSERİM UÇAR
- Atık tekstillerden ileri dönüşüm nanolifli yağlı aerosol filtre medyalarının üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of upcycled nanofibrous oily aerosol filter media from waste textiles
MELİKE GÜNGÖR
Doktora
Türkçe
2026
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ