Developing novel bioactive scaffolds for cartilage tissue engineering applications
Kıkırdak doku mühendisliği uygulamaları için yeni biyoaktif i̇skelelerin geliştirilmesi
- Tez No: 1010532
- Danışmanlar: PROF. DR. OZAN KARAMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Biyomühendislik, Engineering Sciences, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Biyomalzemeler, Biomaterials
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kıkırdak dokusunda atardamarlar, sinirler ve lenfatik sistemler bulunmaz. Kıkırdak ve osteokondral kayıp durumlarında rejeneratif kapasitesi sınırlıdır. Bu biyolojik sınırlamalar göz önüne alındığında, doku mühendisliği teknikleri kıkırdak onarımı zorluklarının üstesinden gelmek için hayati bir araç haline gelmiştir. Bu tez, kıkırdak uygulamalarında kullanılmak üzere peptitlerle modifiye edilmiş iskeleler tasarlayarak yeni biyomimetik yaklaşımlar sunmaktadır. Birinci bölümde, enjekte edilebilir kendi kendine birleşen bir peptit hidrojeli (SAPH) olan KLD (KLDLKLDLKLDL) ve kısa biyoaktif motifler olan tip II kollajen bağlayıcı peptit WYRGRL (C1) ve üçlü sarmal kollajen taklit eden peptit GFOGER (C2) ile modifiye edilmiş KLD SAPH'ler sentezlenmiştir. SAPH'lerin karakterizasyonu, hücre canlılığı üzerindeki etkileri ve kondrojenik farklılaşma üzerindeki etkileri araştırılmıştır. SAPH'lerin bozunma profilleri, reolojik özellikleri ve yüzey yapıları karakterize edilmiştir. Ardından, hücre canlılığı, çoğalma kinetiği ve kondrojenik farklılaşma verimliliğine odaklanarak iskelelerin biyolojik performansını sistematik olarak değerlendirmek için 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolyum bromür reaktifi (MTT), Canlı ve Ölü hücre analizleri, DNA, glikozaminoglikan (GAG) ve kolajen ölçümleri, Alcian Mavisi boyama ve RT-qPCR analizleri gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, eklenen biyoaktif peptitlerin kendi kendine birleşme prosesini bozmadığını ve biyoaktif peptitlerle modifiye edilen grupların mezenkimal kök hücre (MSC) proliferasyonunu artırdığını göstermiştir. Kondrojenik farklılaşmayı değerlendiren analizler, C1 ve C2 peptit dizileriyle modifiye edilen gruplarda GAG ve kolajen birikiminde önemli bir artışın yanı sıra SOX-9, Aggrecan (ACAN) ve Tip II kolajen (Col-II) dahil olmak üzere temel kondrojenik belirteçlerin daha yüksek ekspresyonunu ortaya koymuştur. İkinci kısımda, birinci kısımda tanımlanan biyoaktif peptitler (GFOGER (CMP) ve WYRGRL (CBP)) ile konjugasyon yoluyla poli(laktik asit) (PLA) bazlı iskeletler (Chondro Matrix, Bonegraft Co) işlevselleştirildi. Konjugasyon verimliliğini artırmak için soğuk atmosferik plazma (CAP) yüzey işlemi uygulandı. CAP işlemi, yüzey hidrofilitesini artırarak etkili konjugasyonu mümkün kıldı. GAG analizi, toplam kolajen miktar tayini ve Alcian mavisi boyaması, biyoaktif peptitlerle işlevselleştirilmiş iskelelerin konjugasyon yapılmamış gruba kıyasla insan mezenkimal kök hücrelerinin (hMSC) kondrojenik farklılaşmasını önemli ölçüde artırdığını göstermiştir. Ayrıca, RT-qPCR analiz sonuçları SOX-9, ACAN ve Col-II gen ekspresyonunda önemli bir artışı doğrularken, immünofloresan boyama ACAN ve Col-II protein seviyelerinde önemli bir artışı doğrulamıştır. Bu tezde sunulan bulgular, kıkırdak doku mühendisliğinde hücre-matris etkileşimlerini daha etkili bir şekilde yönlendirebilen biyomimetik sistemlerin geliştirilmesine katkıda bulunacak ve gelişmiş rejeneratif yaklaşımlar için yeni tasarım perspektifleri sunacaktır.
Özet (Çeviri)
Cartilage tissue lacks arteries, nerves, and lymphatic systems. Its regenerative capacity is limited in cases of cartilage and osteochondral loss. In light of these biological limitations, tissue-engineering techniques have become a crucial means of addressing the challenges of cartilage restoration. This thesis presents novel biomimetic approaches by designing scaffolds modified with peptides for use in cartilage applications. In the initial section, KLD (KLDLKLDLKLDL), an injectable and also self-assembled peptide hydrogel (SAPH), and KLD SAPH modified with type II collagen binding peptide WYRGRL (C1) and triple helical collagen mimicking peptide GFOGER (C2), which are short bioactive motifs, were synthesized. The characterization of SAPHs, their effects on cell viability, and their effects on chondrogenic differentiation were investigated. The degradation profiles, rheological properties, and surface structures of the SAPHs were characterized. Subsequently, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide reagent (MTT), Live and Dead tests, DNA, glycosaminoglycan (GAG), and collagen measurements, Alcian Blue staining, and RT-qPCR analyses were performed to systematically assess the scaffolds' biological performance, with an emphasis on chondrogenic differentiation efficiency, proliferation kinetics, and cell viability. The results showed that the added bioactive peptides did not disrupt self-assembly, and groups modified with bioactive peptides increased mesenchymal stem cells (MSCs) proliferation. Analyses assessing chondrogenic differentiation revealed a significant increase in GAG and collagen accumulation, as well as higher expression of key chondrogenic markers, including SOX-9, Aggrecan (ACAN), and Type II collagen (Col-II), in groups modified with the C1 and C2 peptide sequences. In the second part, poly(lactic acid) (PLA) based scaffolds (Chondro Matrix, Bonegraft Co) were functionalized via conjugation with the bioactive peptides (GFOGER (CMP) and WYRGRL (CBP)) identified in the first part. Cold atmospheric plasma (CAP) surface treatment was applied to increase the conjugation efficiency. CAP treatment increased surface hydrophilicity, enabling effective conjugation. As demonstrated by GAG synthesis, collagen deposition, and Alcian Blue staining, the addition of bioactive peptides to the scaffolds significantly increased human mesenchymal stem cell (hMSC) chondrogenesis, surpassing levels in the control group. Furthermore, RT-qPCR analysis results confirmed a significant increase in SOX-9, ACAN, and Col-II gene expression, while immunofluorescence staining confirmed a significant increase in ACAN and Col-II protein levels. The findings presented in this thesis will offer new design perspectives for advanced regenerative techniques and aid in the development of biomimetic systems that can more effectively guide cell-matrix interactions in cartilage tissue engineering.
Benzer Tezler
- Developing peptide modified novel bioactive materials for bone tissue engineering applications
Kemik doku mühendisliği uygulamaları için peptit ile modifiye edilmiş özgün biyoaktif malzemelerin geliştirilmesi
GÜNNUR PULAT
Doktora
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OZAN KARAMAN
- Hybrid bioprinting of functionalized scaffolds for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için fonksiyonelleştirilmiş doku iskelelerinin hibrid üç boyutlu (3B) biyobasım
MAHDIYEH ZAHRABI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Hybrid 3D bioprinting of functionalized structures for tissue engineering
Başlık çevirisi yok
SEYEDEH FERDOWS AFGHAH
Doktora
İngilizce
2020
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Mechano-biology based optimal design and fabrication of multi-functional bone scaffolds
Mekanobiyoloji tabanlı optimal tasarım ve çok fonksiyonlu kemik iskelelerinin üretimi
MERVENAZ ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2025
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Processing of polylactide nanofibrous and film structures: Effects of polymer blending and bio-additives on structure-property relationships
Polilaktit nanolif ve film yapılarının işlenmesi: Polimer karışımı ve biyo-katkıların yapı-özellik ilişkileri üzerine etkisi
HANDAN PALAK
Doktora
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURÇAK KARAGÜZEL KAYAOĞLU