Geri Dön

Üç-boyutlu, biyobozunur/biyobozunur olmayan polimerik taşıyıcıların biyosinyallerle plazma modifikasyonu ve hücre kültür uygulamaları

Plasma modification of 3D, biodegradable/nondegradable polymeric carriers by biosignals and their applications in cell culture

PDF İndir

  1. Tez No: 216177
  2. Yazar: HİLAL TÜRKOĞLU ŞAŞMAZEL
  3. Danışmanlar: PROF.DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyokimya, Biyoloji, Biyomühendislik, Biochemistry, Biology, Bioengineering
  6. Anahtar Kelimeler: Poli(?-kaprolakton), NWPF, düşük basınç plazma, atmosferik basınç plazma, insulin, heparin, L929 fare fibroblast hücreleri, doku mühendisliği, Poly(?-caprolactone), NWPF, low pressure plasma, atmospheric pressure plasma, insulin, heparin, L929 mouse fibroblast cells, tissue engineering
  7. Yıl: 2007
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 245

Özet

Sunulan çalışmada, iki farklı polimerik doku iskelesinin (biyobozunur, poli-?- kaprolakton, PCL; 3-boyutlu, biyobozunur olmayan dokunmamış poliester fabrik, NWPF) yüzeyinde düşük basınç su/O2 ve atmosferik basınç su/hava plazma modifikasyonu ile karboksil gruplarının eldesi/zenginleştirilmesi amaçlanmıştır. Düşük basınç su/O2 plazma modifikasyonu ve ardından oksalil klorür muamelesi ile karboksil gruplarınca zenginleştirilen PCL ve NWPF doku iskeleleri insülin ve heparin biyosinyal molekülleriyle biyolojik olarak aktive edilmişlerdir. Bu doku iskelelerinin L929 fare fibroblast hücre kültürlerinde kullanımı araştırılmıştır. Tez kapsamındaki çalışmaların ilk aşamasında, iki farklı gözenek yapıcı (PEG4000 ve sakkaroz) varlığında, gözenekli PCL doku iskeleleri hazırlanmıştır. Bu doku iskelelerinin yüzey ve yığın özellikleri SEM, DSC ve FTIR analizleri ile karakterize edilmiştir. SEM fotoğrafları, gözenek yapıcı olarak PEG4000 molekülü kullanıldığında mikrogözenekli PCL yapılar elde edilirken, gözenek yapıcı olarak sakkaroz kristalleri kullanıldığında makrogözenekli PCL yapılara ulaşıldığını göstermiştir. Ayrıca SEM fotoğraflarından doku iskelelerinin ortalama gözenek çapları hesaplanmış ve bu değerler % 40 PEG4000/PCL ve % 10 Sakkaroz/PCL doku iskeleleri için sırasıyla 40.1 ?m ve 191.2 ?m olarak bulunmuştur. DSC ve FTIR sonuçları doku iskelesi oluşumu sırasında PEG4000-PCL ya da sakkaroz-PCL molekülleri arasında herhangi bir kimyasal etkileşim olmadığını göstermiştir. L929 fare fibroblast hücreleri PCL doku iskeleleri üzerine ekilmiş ve hücre üremesi 7 gün boyunca takip edilmiştir. Hücre kültür sonuçları, % 10 Sakkaroz/PCL doku iskelesinin sahip olduğu 3-boyutlu yapısı ve makrogözenekliliği sayesinde L929 hücrelerinin üremesi için en uygun doku iskelesi olduğunu göstermiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, PCL ve NWPF doku iskelelerinin atmosferik basınç su/hava ve düşük basınç su/O2 plazma ile modifikasyonları gerçekleştirilmiştir. Patentli AER (Array Electrode Reactor) reaktörü örneklerin atmosferik basınçta ve tek basamakta su/hava plazmayla modifikasyonunda kullanılmıştır. Örneklerin düşük basınç su/O2 plazmayla modifikasyonu ise üç basamakta ve silindirik, kapasitörle çalışan RF plazma reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Modifikasyon basamakları şunlardır; su/O2 plazma muamelesi, in situ veya ex situ gaz-katı reaksiyonu (oksalil klorür buharı, 500 mTorr, örneğin türüne göre belirlenen sürede) ve hidroliz (açık laboratuvar koşulları, 1 saat). Plazma proseslerinin optimizasyonu DoE (Design Expert 7, Amerika) yazılım programı ile yapılmıştır. Modifiye edilmiş yüzeylerdeki COOH ve OH fonksiyonaliteleri miktarsal olarak floresan işaretleme tekniği ve UVX 300G sensör kullanılarak tayin edilmiştir. Piroliz GC/MS analizi ile modifiye edilmemiş, plazmayla modifiye edilmiş ve oksalil klorürle fonksiyonalize edilmiş % 100 PCl yapıların kimyasal yapıları hakkında bilgi edinilmiştir. Plazma modifikasyonu öncesi ve sonrası polimerik yüzeylerin bağıl yüzey atomik bileşimlerinin belirlenmesi için ESCA analizi yapılmıştır. ESCA sonuçları polimerik yüzeylerde atmosferik basınç su/hava plazma modifikasyonu sonucu, düşük basınç su/O2 plazma modifikasyonuna göre daha fazla C ?OH yoğunluğu elde edildiğini, fakat prosesin NWPF yüzeyler için daha fazla dekarboksilasyona neden olduğunu göstermiştir. Modifikasyon öncesi, su/O2 plazma modifikasyonu ve oksalil klorür fonksiyonalizasyonu sonrası PCL yüzeylerin mikro ve nano topografisini gözlemlemek için AFM analizleri yapılmıştır. PCL yüzeylerden alınan yüksek çözünürlük AFM görüntüleri (1?m × 1?m), nano desenlerin plazma modifikasyonundan daha çok etkilendiğini göstermiştir. Oksalil klorür fonksiyonalizasyonu sonrası HZD fonksiyonalize tiple alınan AFM görüntüleri, modifikasyon sonrası yüzeyde oluşan karboksil gruplarının matrisin merkezinden uzaklaştıkça yoğunlaştığını ortaya çıkarmıştır. Karakterizasyon çalışmalarının ardından, düşük basınç su/O2 plazmayla modifiye edilip oksalil klorürle fonksiyonalize edilmiş örnekler insülin ve heparin biyosinyal molekülleriyle biyolojik olarak aktive edilmiştir. Bu biyosinyallerin immobilizasyonu uzatıcı kol PEO (polioksietilen bis amin) varlığında gerçekleştirilmiştir. İmmobilizasyon işlemi ESCA analizi ile nitel olarak, floresan işaretleme teknikleriyle miktarsal olarak kanıtlanmıştır. PCL ve NWPF doku iskelelerinin hücre kültür çalışmaları L929 fare fibroblast hücreleriyle (HÜKÜK NO: 92123004) gerçekleştirilmiştir. Hücre üremesi MTT metoduyla tayin edilmiştir. PCL yapılarla gerçekleştirilen kültürün sonunda, L929 hücrelerinin üremesi için en iyi yüzeyin heparin immobilize edilmiş doku iskeleleri olduğu gözlenmiştir. NWPF doku iskeleleri ile yürütülen hücre kültür çalışmalarında H2 plazmayla modifiye edilmiş NWPF yapılarda en yüksek hücre verimine ulaşılmıştır. Bunun nedeninin H2 plazmayla NWPF yüzeylerde oluşturulan fonksiyonel gruplar ve nanotopografi olduğu düşünülmektedir. Hücrelerin morfolojisi ve doku iskeleleri üzerindeki üremesi ışık mikroskobu ile gözlenmiştir. Ayrıca, CLSM (konfokal lazer taramalı mikroskop) analizi ile hücrelerin doku iskeleleri üzerindeki yayılma ve üremesi incelenmiştir. Tüm çalışmaların sonucunda, düşük basınç su/O2 plazma modifikasyonunun özellikle PCL yüzeyler için karboksil fonksiyonalitesinin zenginleştirilmesi açısından daha uygun olduğu bulunmuştur. Hücre kültür çalışmalarının sonuçları ise doku iskelelerine biyolojik molekül immobilizasyonunun hücre yapışma ve üremesi açısından etkin olduğunu, özellikle heparin varlığının hücre üremesini pozitif yönde etkilediğini göstermiştir.

Özet (Çeviri)

The main purpose of this study was to obtain/enhance COOH functionalities on surface of two diffferent polymeric tissue scaffolds (biodegradable, poly-?- caprolactone, PCL; 3D, nondegradable non-woven polyester fabric, NWPF) by using atmospheric pressure water/air and low pressure water/O2 plasma treatments. After low pressure water/O2 plasma treatment and oxalyl chloride functionalization, COOH functionalized PCL and NWPF tissue scaffolds were biologically activated with insulin and heparin biosignal molecules. Then suitability of these scaffolds for L929 mouse fibroblast cell growth was investigated. In the first part of study, porous PCL scaffolds were prepared by solventcasting/ particle-leaching technique in the presence of two pore formers (PEG4000 molecules and sucrose crystals). The surface and bulk properties of the resulting scaffolds were studied by SEM, DSC and FTIR. SEM photographs showed that, macroporosity was obtained in the PCL structures prepared with sucrose crystals while microporous structure was obtained in the presence of PEG4000 molecules. Average pore diameters calculated from SEM photographs were 40.1 ?m and 191.2 ?m for 40 % PEG4000/PCL and 10 % Sucrose/PCL scaffolds, respectively. The DSC and FTIR results confirmed that there is no any interaction between pore formers and PCL during structural formation, and both pore formers, PEG4000 and sucrose, remained independently in the scaffolds. L929 mouse fibroblast cells were seeded onto PCL structures and maintained during 7 days to evaluate cell proliferation. Cell culture results showed that, 10 % Sucrose/PCL scaffold was the most promising substrate for L929 cell growth due to 3-D architecture and macroporous structure of the scaffold. In the second part of study, atmospheric pressure water/air and low pressure water/O2 plasma treatments of PCL and NWPF scaffolds were realized. The unique, patented array electrode reactor (AER) reactor was employed for atmospheric pressure water/air plasma treatment of the sample in one step. Low pressure water/O2 plasma treatment of samples were carried out in a cylindrical, capacitively coupled RF-plasma-reactor in three steps: H2O/O2-plasma treatment; in situ or ex situ (oxalyl chloride vapors; pressure 500 mTorr; time 10-30 min according to the type of samples) gas/solid reaction to convert ?OH functionalities into ?COCl groups; and hydrolysis (open laboratory condition; 1 hour) for final ? COOH functionalities. Optimization of plasma modification processes was done by using DoE (Design Expert 7, USA) software programme. COOH and OH functionalities on modified surfaces were detected quantitatively by using fluorescent labelling technique and an UVX 300G sensor. Chemical structural information of untreated, plasma treated and oxalyl chloride functionalized 100 % PCL samples were acquired using pyrolysis GC/MS analysis. ESCA analysis was used to evaluate the relative surface atomic compositions and the carbon and oxygen linkages located in non-equivalent atomic positions. ESCA results showed that atmospheric pressure plasma treatment increases much more C ? OH functionalities than vacuum water/O2 plasma treatment, but causes more decarboxylation for NWPF samples. AFM analysis were carried out on untreated, water/O2 plasma treated and oxalyl choloride functionalized PCL samples in order to observe micro and/or nano topography of surfaces. Higher resolution images (1?m × 1?m) revealed that nano patterns were more affected than micro patterns by plasma treatments. AFM images recorded with HZD functionalized tips presented that increased density of carboxylic groups at the edge of features on the carboxylic functionalized samples. After characterization studies, low pressure water/O2 plasma treated and oxalyl chloride functionalized samples were biologically activated with insulin and heparin biosignal molecules. Immobilization of these biosignals was realized by using spacer PEO (polyoxyethylene bis (amine). Immobilization procedure was checked qualitatively with ESCA analysis. In addition, fluorescent labelling techniques were used for determination of immobilized biomolecules quantitatively. The cell culture studies were carried out with L929 mouse fibroblasts [HUKUK (Cell Culture Collection) 92123004)] for both PCL and NWPF scaffolds. MTT method was used for evaluation of cell growth. At the end of the culture, which was performed with PCL structures, it was observed that heparin-immobilized PCL structures were the most promising substrates for L929 cell growth. According to the results of cell culture studies carried out with NWPF structures, highest cell yield was obtained on the H2 plasma treated NWPF samples. It was considered that functional groups and nanotopography created by H2 plasma were effective on this achievement. Cell morphology and cell growth on these scaffolds were observed with light microscope. In addition CLSM (confocal laser scanning microscope) analysis was done for observing cell spreading and cell growth. All these studies indicated the suitability of low pressure water/O2 plasma modification for carboxylic functionalization of PCL surfaces. The results of cell culture experiments showed that biological molecule immobilization onto tissue scaffolds was effective on cell adhesion and cell growth, specially, the presence of heparin affected cell growth positively.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    269886

    Biyobozunur polimerik materyaller ve/veya bunların kalsiyum fosfat kompozitlerinin üretimi ve sert doku onarımında kullanımı

    Production of biodegradable polymeric materials and/or their calcium phosphate composites and their use in hard tissue repair

    HALİL MURAT AYDIN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    BiyomühendislikHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERHAN PİŞKİN

  2. Tez No

    315128

    Poli(alfa-hidroksi ester üretan) esaslı biyobozunur polimerlerin sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of poly (alpha-hydroxy ester urethane)-based biodegradable polymers

    ÇİĞDEM ÇİÇEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    BiyomühendislikMarmara Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN

  3. Tez No

    438151

    Electrospun PCL/P3ANA nanofibers as electroactive-bioactive biomaterial for bone tissue regeneration: synthesis, characterization and cell studies

    Kemik doku rejenerasyonu için elektroaktif-biyoaktif biyomalzeme olarak PCL/P3ANA nanofiberleri: Sentez, karakterizasyon ve hücre çalışmaları

    ZELİHA GÜLER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ

  4. Tez No

    305757

    Biodegradable poly(ester-urethane) scaffolds for bone tissue engineering

    Kemik doku mühendisliği için biyobozunur poli(ester-üretan) destek yapılar

    AYSEL KIZILTAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2011

    BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyoteknoloji Bölümü

    PROF. DR. JULİO SAN ROMAN

    PROF. DR. NESRİN HASIRCI

  5. Tez No

    450947

    Construction of a functional biodegradable bone tissue engineering scaffold for enhanced biomineralization

    Biyomineralizasyonu tetikleyen, fonksiyonel ve biyobozunur bir kemik doku mühendisliği iskelesi yapımı

    İNAS ÖZCAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK

Geri Dön