Sequential growth factor delivery from polymeric scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliği amaçlı sıralı büyüme faktörü salan polimerik doku iskeleleri
- Tez No: 259222
- Danışmanlar: PROF. DR. NESRİN HASIRCI, PROF. DR. VASIF HASIRCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 176
Özet
Doku mühendisliği yapay kemik dokusu oluşturulması için alternatif umut verici bir yöntemdir, ancak tamamen fonksiyonel üç boyutlu yapıların oluşturulması için gerekli hücre organizasyonu ve aktivitelerinin kontrolü henüz sağlanamamıştır. Bu sorunu çözmek amacıyla, çalışmalar hücre davranışlarını tetikleyecek ve kontrol edecek gerekli biyoaktif ajanların salımını sağlayabilen multi-fonksiyonel doku iskeleleri oluşturmak üzerine konsantre olmuştur. Bu çalışmanın amacı, kemik iyileşme sürecini taklit edebilmek amacıyla hazırlanmış bir sıralı salım sistemi ile yüklü ve mezenşimal kök hücre (MSC) ekilmiş fonksiyonel polimerik doku iskeleleri oluşturmaktır. Bunun elde edilmesi için izlenen yöntem, osteojenik büyüme faktörleri olan BMP-2 ve BMP-7'nin doğada olduğu gibi sıralı salımını sağlayabilmek amacıyla bunların farklı bozunma hızı ve özelliklere sahip iki farklı polimerik nanokapsül (poli(laktik asit-ko-glikolik asit) (PLGA) ve poli(3-hidroksibütirat-ko-3-hidroksivalerat) (PHBV)) içerisine hapsedilmesi ve erken BMP-2, geç BMP-7 salımı sağlayabilen bir sistem oluşturulmasıdır. Öncelikle bu nanopartiküllerden oluşan sıralı salım sistemi karakterize edilmiş ve daha sonra BMP-2 ve BMP-7'nin tek, birlikte ve sıralı salımının etkileri in vitro ortamda kemik iliği MSC hücreleri ile incelenmiştir. Bu iki büyüme faktörünün doğal oluşma sıralarını taklit ederek sıralı şekilde salınmasının etkisi maksimum osteojenik aktivite sonuçları ile gösterilmiştir. BMP-2 taşıyan PLGA nanokapsülleri Wistar sıçanlarının deri altına implante edilmiş ve elde edilen ilk sonuçlara göre, nanokapsüllerin biyouyumluluğu ile birlikte in vivo BMP-2 salımının osteoklast-benzeri hücre oluşmasına pozitif etkileri gözlemlenmiştir. Biyoaktif doku iskelelerinin yapımının tamamlanması için, bu sıralı salım sağlayan nanopartikül sistemi, doğal (kitosan) ve sentetik (poli(?-kaprolakton) (PCL)) iki farklı polimerik sistem içerisine yüklenmiştir. Üç-boyutlu lifsi doku iskeleleri bu malzemeler kullanılarak ıslak eğirme ve 3-boyutlu çizim yöntemleriyle hazırlanmıştır. Nanopartiküllerin kitosan doku iskelelerine yüklenmesi fiberlerin içerisine veya üzerine olmak üzere iki farklı yöntemle çalışılmıştır. PCL doku iskelelerine yükleme ise, nanopartüküllerin bir aljinat tabakası içerisinde fiber yüzeylerine kaplanması ile elde edilmiştir. Her iki sisteme de tek, birlikte ve sıralı BMP-2 ve BMP-7 salımı yapabilen nanopartikül populasyonları yüklenmiştir. Tek başına nanopartiküllerde olduğu gibi, her iki polimerik sistemde de sıralı salımın osteojenik aktivite üzerine pozitif etkisi gösterilmiş olup kemik iyileşme sürecini tetikleyebilecek multi-fonksiyonel doku iskeleleri hazırlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Tissue engineering is a promising alternative strategy to produce artificial bone substitutes; however, the control of the cell organization and cell behavior to create fully functional 3-D constructs has not yet been achieved. To overcome these, activities have been concentrated on the development of multi-functional tissue engineering scaffolds capable of delivering the required bioactive agents to initiate and control cellular activities. The aim of this study was to prepare tissue engineered constructs composed of polymeric scaffolds seeded with mesenchymal stem cells (MSCs) carrying a nanoparticulate growth factor delivery system that would sequentially deliver the growth factors in order to mimic the natural bone healing process. To achieve this, BMP-2 and BMP-7, the osteogenic growth factors, were encapsulated in different polymeric nanocapsules (poly(lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV)) with different properties (degradation rates, crystallinity) and, therefore, different release rates to achieve the early release of BMP-2 followed by the release of BMP-7, as it is in nature. Initially, these nanoparticulate delivery systems were characterized and then the effect of single, simultaneous and sequential delivery of BMP-2 and BMP-7 from these delivery systems was studied in vitro using rat bone marrow MSCs. The effect of using these two growth factors in a sequential manner by mimicking their natural bioavailability timing was shown with maximized osteogenic activity results. BMP-2 loaded PLGA nanocapsules were subcutaneously implanted into Wistar rats and according to initial results, their biocompatibility as well as the positive effect of BMP-2 release on the formation of osteoclast-like cells was shown. To complete the construction of the bioactive scaffold, this nanoparticulate sequential delivery system was incorporated into two different types of polymeric systems; natural (chitosan) and synthetic (poly(?-caprolactone) (PCL)). 3-D fibrous scaffolds were produced using these materials by wet spinning and 3-D plotting. Incorporation of nanocapsules into 3-D chitosan scaffolds was studied by two different methods: incorporation within and onto chitosan fibers. Incorporation into 3-D PCL scaffolds was achieved by coating the nanocapsules onto the fibers of the scaffolds in an alginate layer. With both scaffold systems, incorporation of nanocapsule populations capable of delivering BMP-2 and BMP-7 in single, simultaneous and sequential fashion was achieved. As with free nanocapsules, the positive effect of sequential delivery on the osteogenic differentiation of MSCs was shown with both scaffold systems, creating multi-functional scaffolds capable of inducing bone healing.
Benzer Tezler
- Bone morfojenetik protein-6 ve insülin benzeri büyüme faktörü-1'in kontrollü ve ardışık salımının sementoblast hücreleri üzerine etkileri
The effects of sequential and controlled release of bone morphogenetic factor-6 and insulin-like growth factor-1 on cementoblasts
EMEL TUĞBA ATAMAN
Doktora
Türkçe
2014
Diş HekimliğiHacettepe ÜniversitesiPeriodontoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHİME MERAL NOHUTCU
- Sequential growth factor delivery from complexed microspheres for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliği amacıyla mikrokürelerden ardışık büyüme faktörü salımı
FİTNAT BUKET BAŞMANAV
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
DOÇ. DR. GAMZE TORUN KÖSE
- Büyüme faktörlerini sıralı salan kitosan doku iskelelerinin üretimi ve kemik doku mühendisliği uygulamaları
Preperation of chitosan scaffolds with sequential delivery of growth factors for bone tissue engineering applications
EDA GÖZ
Doktora
Türkçe
2014
BiyomühendislikAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE KARAKEÇİLİ
- Nano/mikro yapılı çok bileşenli ve sıralı ilaç salım sıstemlerının diyabetık yaralardakı etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of nano / micro structured multicomponent and sequential drug delivery systems on diabetic wounds.
HÜRMET KINALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM VARGEL
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
- Febril nötropenili olgularda hepatosit growth faktör ve proinflamatuvar sitokin düzeylerinin araştırılması
Evaluation of hepatocyte growth factor and proinflammatory cytokines in patients with febrile neutropenia
MEHMET ÖZDEN
Doktora
Türkçe
2012
Allerji ve İmmünolojiFırat Üniversitesiİmmünoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET GÖDEKMERDAN