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
- Tez No: 1016874
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET ERDEM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Kimya, Bioengineering, Biotechnology, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Biyobozunur polimerler, Biyomedikal mühendisliği, Doku mühendisliği, Fotopolimerleşme, Moleküler biyoloji, Yeşil kimya, Çıtçıt kimyası, Biodegradable polymers, Biomedical engineering, Tissue engineering, Photopolymerization, Molecular biology, Green chemistry, Click chemistry
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomalzeme ve Doku Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tezi, kıkırdak doku rejenerasyonu için kontrollü deksametazon (DEX) salımı ve Wharton Jeli kaynaklı mezenkimal kök hücrelerin (WJ-MSC) kondrojenik farklılaşmasını destekleyen GelMA-PEG bismaleimid esaslı iç içe geçmiş polimer ağ (IPN) hidrojellerinin geliştirilmesini ve biyolojik performansını kapsamlı biçimde incelemektedir. Çalışma, biyomalzeme tasarımından hücresel uygulamaya uzanan iki aşamalı bir araştırma yaklaşımı üzerine kurulmuştur. İlk aşamada, jelatin metakrilat (GelMA) ve Diels-Alder temelli PEG ağını birleştiren çift ağ yapılı IPN hidrojelleri, ardışık“click”kimyası ve fotopolimerizasyon stratejisi kullanılarak tek kapta sentezlenmiştir. Bu yaklaşım sayesinde mekanik dayanımı artırılmış ve özellikleri ayarlanabilir hidrojel sistemleri elde edilmiştir. Geliştirilen IPN hidrojelleri, tek ağlı hidrojellere kıyasla yaklaşık 2,5-3,5 kat daha yüksek basma modülü göstermiştir. Model protein olarak kullanılan bovin serum albümini (BSA) ile gerçekleştirilen salım çalışmalarında, IPN sistemlerinin Korsmeyer-Peppas kinetiği ile uyumlu, ani salımı sınırlayan ve kontrollü bir salım profili sunduğu belirlenmiştir. İkinci aşamada geliştirilen hidrojel platformu kıkırdak doku mühendisliği uygulamalarına uyarlanmıştır. DEX, optimize edilen IPN hidrojel yapısına entegre edilerek uzun süreli ve kontrollü ilaç salımı sağlanmıştır. Bu kapsamda jelatin, hem furan hem de metakrilat gruplarıyla bifonksiyonelleştirilerek (GELFUMA) PEG bismaleimid ile çapraz bağlanmıştır. Bu hidrojeller üzerinde kültüre edilen WJ-MSC'ler yüksek hücresel canlılık göstermiş ve tip II kolajen gibi kondrojenik belirteçlerin ekspresyonunda anlamlı artışlar gözlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışma, ayarlanabilir mekanik özellikler, kontrollü ilaç salımı ve kök hücre yönlendirmesini tek bir biyomalzeme platformunda birleştiren yenilikçi bir IPN hidrojel sistemi ortaya koymaktadır. Geliştirilen bu hidrojel platformu, kıkırdak doku mühendisliği ve rejeneratif tıp uygulamaları için umut verici bir strateji sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents the design and evaluation of GelMA-PEG bismaleimide interpenetrating polymer network (IPN) hydrogels for controlled dexamethasone release and chondrogenic differentiation of Wharton's Jelly-derived mesenchymal stem cells (WJ-MSCs) toward cartilage tissue regeneration. In Study 1, IPN hydrogels were synthesized using sequential Diels–Alder click chemistry and photopolymerization, yielding robust, tunable networks with 2.5–3.5× higher compressive moduli than single-network hydrogels. Controlled release profiles of a model protein (BSA) followed Korsmeyer–Peppas kinetics, minimizing burst release, while biocompatibility and swelling/degradation were finely tunable via crosslinker ratios. Building on these results, Study 2 optimized the hydrogel system for cartilage engineering by incorporating dexamethasone and bifunctionalizing gelatin with furan and methacrylate groups (GelFuMA). WJ-MSCs cultured on these hydrogels displayed high viability and upregulated chondrogenic markers (e.g., type II collagen) without conventional induction media, indicating the matrix provides bioinstructive cues that mimic natural ECM. Together, the GelFuMA-based hydrogels integrate enhanced mechanical performance, sustained dexamethasone delivery, and bioactive surface functionality to provide a microenvironment that supports chondrogenic differentiation of WJ-MSCs. These findings highlight the potential of this platform for cartilage tissue engineering and regenerative medicine applications.
Benzer Tezler
- Novel polymeric materials via reactive polymers
Reaktif polimerlerden yeni polimerik malzemeler
NERGİZ CENGİZ
Doktora
İngilizce
2014
KimyaBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AMİTAV SANYAL
DOÇ. DR. RANA SANYAL
- Reactive and 'clickable' hydrophilic nanofibers as novel biomaterials
Yeni biyomateryaller olarak reaktif ve klik kimyasına uygun hidrofilik nanolifler
ÖZLEM İPEK KALAOĞLU ALTAN
Doktora
İngilizce
2017
BiyoteknolojiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RANA SANYAL
PROF. DR. AMİTAV SANYAL
- The preparation of h-shaped polymers using Click chemistry
Click kimyası kullanılarak h şekilli polimerlerin hazırlanması
EDA GÜNGÖR
Doktora
İngilizce
2011
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜMİT TUNCA
- Diels-Alder click reaction in macromolecular structures
Makromoleküler yapılarda Diels-Alder click reaksiyonu
HAKAN DURMAZ
Doktora
İngilizce
2010
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRKAN HIZAL
- Işıkla tetiklenen ters elektron gereksinimli Diels-Alder reaksiyonu ile tek zincir polimer nanoparçacıkların hazırlanması
Fabrication of single-chain polymer nanoparticles by light-induced electron demand Diels-Alder reaction
ADALET NUR ALTUNKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ÜBEYDULLAH KAHVECİ