Kıkırdak doku mühendisliği uygulamaları için polimer-grafen oksit nano kompozit yapı geliştirme
Development of polymer-graphene oxide nano-composite structures for cartilage tissue engineering applications
- Tez No: 1012094
- Danışmanlar: PROF. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ, DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH ÇİFTÇİ
- 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: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kıkırdak dokusu, karmaşık bileşimi, hiyerarşik organizasyonu ve fibriller yapısı sayesinde çekme, basma ve kesme kuvvetlerine karşı direnç gösteren özgün biyomekanik özelliklere sahiptir. Ancak avasküler yapısı nedeniyle intrinsik iyileşme kapasitesi oldukça sınırlıdır. Bu durum, kıkırdak hasarlarının kronik eklem ağrısına yol açmasına ve zamanla osteoartrit gelişimine neden olabilmektedir. Mikro kırık, delme ve abrazyon artroplastisi gibi geleneksel tedavi yöntemleri genellikle kısa vadeli iyileşme sağlamakta; ancak oluşan doku, doğal kıkırdağın yapısal ve fonksiyonel özelliklerini tam olarak karşılayamamaktadır. Bu sınırlamalar, kıkırdak doku mühendisliği yaklaşımlarına olan ilgiyi artırmıştır. Bu tez çalışmasında, menisküs kıkırdak rejenerasyonu amacıyla 3B biyoyazdırma teknolojisi kullanılarak polikaprolakton/grafen oksit (PCL/GO) nanokompozit iskeleler geliştirilmiştir. Çalışmanın amacı, doğal menisküs dokusunun anizotropik mekanik davranışını ve yük taşıma kapasitesini taklit edebilen biyomimetik bir yapı tasarlamaktır. Bu doğrultuda grafen oksit, PCL matrise %1, %3 ve %5 ağırlık oranlarında eklenerek malzemenin mekanik, termal, reolojik ve biyolojik özellikleri optimize edilmiştir. Yapılan reolojik analizler, GO ilavesinin depolama modülü ve akma gerilimini önemli ölçüde artırdığını ve böylece biyoyazdırma sürecinde kritik olan yazdırılabilirlik ve yapısal stabiliteyi iyileştirdiğini göstermiştir. Mekanik testler sonucunda, özellikle %1 GO içeren iskelelerin doğal menisküs dokusunun biyomekanik davranışına en yakın özellikleri sergilediği belirlenmiştir. Morfolojik incelemeler (SEM), GO katkısının hücre tutunması ve proliferasyonunu destekleyen pürüzlü ve biyoaktif bir yüzey oluşturduğunu ortaya koymuştur. Biyolojik değerlendirmeler, iskelelerin fibroblast hücreleri ile yüksek düzeyde biyouyumlu olduğunu ve hem Gram-negatif (E. coli) hem de Gram-pozitif (S. aureus) bakterilere karşı belirgin antibakteriyel aktivite sergilediğini göstermiştir. Elde edilen bulgular, PCL/GO nanokompozit iskelelerin menisküs doku mühendisliği ve kıkırdak rejenerasyonu için dayanıklı, biyofonksiyonel ve klinik açıdan umut verici bir platform sunduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Cartilage tissue exhibits unique biomechanical properties arising from its complex composition, hierarchical organization, and fibrillar architecture, which collectively provide resistance to tensile, compressive, and shear forces. However, due to its avascular nature, cartilage has a very limited intrinsic healing capacity. Consequently, cartilage injuries often result in chronic joint pain and may progressively lead to osteoarthritis. Conventional treatment approaches, such as microfracture, drilling, and abrasion arthroplasty, generally offer only short-term benefits, as the regenerated tissue lacks the structural and functional integrity of native cartilage. This limitation has driven increasing interest in cartilage tissue engineering strategies. In this thesis, polycaprolactone/graphene oxide (PCL/GO) nanocomposite scaffolds were developed using 3D bioprinting technology for meniscal cartilage regeneration. The study aimed to design a biomimetic scaffold capable of replicating the anisotropic mechanical behavior and load-bearing characteristics of native meniscus tissue. Graphene oxide was incorporated into the PCL matrix at different weight ratios (1%, 3%, and 5%) to enhance mechanical, thermal, rheological, and biological performance. Rheological analyses demonstrated that GO addition significantly improved the storage modulus and yield stress, which are critical parameters for printability and structural stability during the bioprinting process. Mechanical testing revealed that scaffolds containing 1% GO exhibited the most favorable properties, closely matching the biomechanical behavior of natural meniscus tissue. Morphological evaluations (SEM) showed that GO incorporation resulted in a rough and bioactive surface that promotes cell adhesion and proliferation. Biological assessments confirmed high biocompatibility with fibroblast cells, along with notable antibacterial activity against both Gram-negative (E. coli) and Gram-positive (S. aureus) bacteria. Overall, the results indicate that PCL/GO nanocomposite scaffolds present a robust, biofunctional, and clinically promising platform for meniscus tissue engineering and cartilage regeneration.
Benzer Tezler
- Nanocomposite scaffolds containing metal nanoparticles
Metal nanotanecik içeren nanokompozit yapı iskeleleri
AYŞEN AKTÜRK
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- 5-fluorourasil için polimer/biyoseramik ve grafen oksit içerikli ilaç taşıyıcı malzeme üretimi ve kinetik çalışmaları
Production and kinetic studies of polymer/bioceramic and graphene oxide containing drug carrier materials for 5-fluorouracil
EBRU KAHRAMAN
Doktora
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLHAYAT SAYGILI
- Doku mühendisliği uygulamaları için polimer matrisli kompozit malzeme üretimi
Production of polymer matrix composite material for tissue engineering applications
AYŞE KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
- Preparation of chitosan based scaffolds for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için kitosan temelli doku iskelelerinin hazırlanması
BERNA BÜYÜK
- Novel diels-alder 'Click' chemistry and photocrosslinked interpenetrating polymer network hydrogels with tunable mechanical properties for tissue engineering
Doku mühendisliği için ayarlanabilir mekanik özelliklere sahip, yeni geliştirilen dıels–alder“Click”kimyası ve fotokrosbağlanmış iç içe geçmiş yapılı polimer ağ (IPN) hidrojelleri
FAROUK SEGUJJA
Doktora
İngilizce
2026
BiyomühendislikKocaeli ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ERDEM