Geri Dön

Mikrodalga-destekli kitosan/hidroksiapatit doku iskelesi üretimi ve İn-vitro kemik doku mühendisliği

Microwave-assisted chitosan/hydroxyapatite scaffold production and In-vitro bone tissue engineering

  1. Tez No: 321436
  2. Yazar: MÜGE DAĞLI DURUKAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Bioengineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 126

Özet

Sunulan tez çalışmasında, kemik doku rejenerasyonunu destekleyecek özelliklere sahip kitosan/hidroksiapatit süpergözenekli hidrojellerin üretimi için etkin bir yöntemin geliştirilmesi amaçlanmıştır.Tez kapsamında yapılan çalışmaların ilk aşamasında, doku iskelelerinin sentezi için mikrodalga ışıma ve gaz köpükleştirme tekniği bir araya getirilerek yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Kitosan süpergözenekli hidrojeller (SPH) ve kitosan-hidroksiapatit (HA) süpergözenekli hidrojel kompozitler (SPCH) çapraz bağlayıcı ajan, glioksal ve köpükleştirici ajan, NaHCO3 kullanılarak sentezlenmiştir. HA'nın kompozit yapıya ve hücresel davranış üzerine etkilerini araştırmak amacıyla 45-80 µm çapında boncuk formdaki ve toz yapıdaki, iki tip HA partikülü kullanılmıştır. Mikrodalga ışıma ile sağlanan ani ısınma ile gaz köpükleşme artmaktadır. Aynı zamanda, NaHCO3'ün bozunması ile hızlanan pH artışı da daha iyi çapraz bağlanma sağlamaktadır. Böylece, içsel bağlantılı gözeneklere sahip ve iyi yapılanmış makrogözenekli hidrojel ve hidrojel kompozitler kolaylıkla ve hızlı bir şekilde (? 1 dk.) sentezlenmiştir.Karakterizasyon çalışmaları sonucunda, kitosan SPH'lere HA katılması ile sentezlenen SPCH'lerin, gözeneklerinin korunduğu ve gözenek dayanımlarının arttığı belirlenmiştir. Kapiler etkinin artışı ile daha fazla su absorplama kapasitesine sahip olan boncuk formda HA içeren SPCH'lerin, en yüksek denge şişme oranına sahip oldukları görülmüştür. Ayrıca, sentezlenen SPCH'lerin mekanik dayanımı, kitosan SPH'lere göre önemli derecede artmıştır. Sentezlenen tüm hidrojeller arasında en yüksek mekanik dayanıma sahip olan yapı kitosan-HA (boncuk) SPCH'lerdir ve elastik modül değeri 1.40 ± 0.06 N/mm2 olarak belirlenmiştir.Çalışmanın bir sonraki aşamasında, kitosan-bazlı doku iskelelerinin osteojenik aktiviteleri preosteoblastik MC3T3-E1 hücreleri kullanılarak, durgun koşullarda yürütülen hücre kültür çalışmaları ile incelenmiştir. Hücre canlılığı ve üremesi MTT (3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolyum bromür) analizi ile takip edilmiş, hücre morfolojileri SEM (taramalı elektron mikroskobu) ile görüntülenmiştir. Hücre farklılaşması, alkalen fosfataz (ALP) aktivitesinin ölçümü ile belirlenmiştir. Sonuçlar, kitosan-HA (boncuk) SPCH'lerin hücrelerin üremesini ve farklılaşmasını desteklediğini göstermiştir.Tez çalışmasının son aşamasında, kitosan-HA (boncuk) SPCH'lerinin MC3T3-E1 hücreleri üzerindeki etkisi karıştırmalı kap biyoreaktör kullanılarak incelenmiştir. Hücre üremesi yine MTT analizi ile belirlenmiş, hücrelerin doku iskelesi içerisindeki morfolojileri ise SEM ile incelenmiştir. Erken dönem farklılaşma, ALP aktivitesinin ölçümü ile ve doku iskeleleri üzerindeki hücre sayısı DNA analizi ile belirlenmiştir. RT-PCR (gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu) ile MC3T3-E1 hücrelerinin kollajen I, osteokalsin, ß-aktin ve ALP ekspresyon seviyeleri tespit edilmiştir. Sonuç olarak, dinamik koşulların hücre farklılaşmasını, durgun koşullara göre daha fazla arttırdığı anlaşılmıştır.Sonuçlar, gaz köpükleştirme yöntemi ve mikrodalga ışıma ile çapraz bağlanmanın bir araya getirildiği yeni SPH sentez yöntemi ile köpükleşmenin ve jelleşmenin daha hızlı ve etkin bir şekilde gerçekleştiğini göstermektedir. Ayrıca sentezlenen kitosan-HA (boncuk) SPCH'lerin kemik doku mühendisliği uygulamaları için uygun malzemeler olabileceği ve karıştırmalı kap biyoreaktörün hücre farklılaşması üzerinde olumlu etkisi olduğu ortaya konmuştur.

Özet (Çeviri)

The aim of the present study was to reproduce an effective method for fabrication of chitosan/hydroxyapatite superporous hydrogels for bone tissue regeneration.In the first part of the study, a novel scaffold fabrication method was developed by combining microwave irradiation and gas foaming. Chitosan superporous hydrogels (SPHs) and chitosan-hydroxyapatite (HA) superporous hydrogel composites (SPCHs) were prepared by using this method in the presence of crosslinking agent, glyoxal, and gas blowing agent, NaHCO3. In order to examine the effect of HA on composite structure and cellular behavior, two types of HA particles, i.e. spherical beads in 45-80 µm diameter and powder form, were used. While rapid heating with microwave irradiation enhances gas blowing, pH increment, which is accelerated by NaHCO3 decomposition, provides beter crosslinking. Thus, interconnected and well-established macroporous hydrogels/hydrogel composites were produced easily and rapidly (? 1 min.).As a result of characterization studies, it is found that the pores of SPCHs sythesized by adding HA, were preserved and pore strenght was increased. It was revealed that the SPCHs containing HA in spherical form having more water absorption capacity through increased capillary effect, had the highest equilibrium swelling ratio. Also, mechanical properties of SPCHs were significantly improved when compared with chitosan SPHs. Among all the synthesized hydrogels, chitosan-HA (bead) SPCHs showed great improvement in mechanical strength and its elastic modulus value was determined as 1.40 ± 0.06 N/mm2.In the next part of the study, osteogenic activities of chitosan-based scaffolds were examined with cell culture studies performed under static conditions by using preosteoblastic MC3T3-E1 cell line. Cell viability and proliferation were analyzed by MTT (3-[4,5-dimethylthiazoyl-2-yl]-2,5- diphenyltetrazolium bromide) assay and morphological examination was done with SEM (scanning electron microscope). Cell differentiation was quantified by determination of alkaline phosphatase (ALP) activities. Results showed that, chitosan-HA (bead) SPCHs improved cell proliferation and differentiation.In the last part of the study, the effect of chitosan-HA (bead) SPCHs on MC3T3-E1 cells were investigated using a spinner flask bioreactor. Cell proliferation was again analysed by MTT assay and the morphologies of cells in the scaffold were examined by SEM. Early cell differentiation was quantified by the determination of ALP activity and cell number on scaffolds is determined by DNA analysis. Collagen I, osteocalcin, ß-actin and ALP expression levels were determined using RT-PCR (real time polymerase chain reaction). As a result, it was understood that, dynamic conditions improved cell differentiation more than static conditions.The results indicate that a new SPH synthesis method combining gas foaming and crosslinking by microwave radiation, provides more effective and faster foaming and gelation. Also, chitosan-HA (bead) SPCHs could be considered as potential scaffolds for bone tissue engineering applications, and spinner flask bioreactor has a positive effect on cell differentiation.

Benzer Tezler

  1. Mezenkimal kök hücrelerin osteojenik farklılaşmasında çeşitli biyoreaktör performanslarının karşılaştırılması

    Comparison of different bioreactor performances for osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells

    IŞIL GERÇEK BEŞKARDEŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Kimya MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU

  2. Mikrodalga destekli çapraz bağlanma/çökeltme reaksiyonları ile kitosan-HA doku iskelelerinin hazırlanması ve kemik doku mühendisliğinde kullanımının araştırılması

    Preparation of chitosan-HA scaffolds by microwave-assisted crosslinking/ precipitation reactions and investigation of their usages in bone tissue engineering

    GÖKÇE KAYNAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Bilim ve TeknolojiHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU

  3. Doku iskelesi-destekli perfüzyon biyoreaktör işletim parametrelerinin preosteoblastların üreme ve osteojenik farklılaşma potansiyelleri üzerine etkilerinin araştırılması

    Investigation of effects of scaffold-supported perfusion bioreactors process parameters on the proliferation and osteoblastic differentiation of preosteoblasts

    GİZEM AYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    BiyomühendislikHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU

  4. Bone tissue engineering with mesenchymal stem cell seeded scaffold assisted perfusion bioreactors

    Mezenkimal kök hücre ekilmiş doku iskelesi destekli perfüzyon biyoreaktörlerle kemik doku mühendisliği

    ALPER CENGİZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    BiyomühendislikHacettepe Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU

  5. Biyomimetik yöntem ile hidroksiapatit sentezi ve uygulamaları

    Hydroxyapatite synthesis by biomimetic method and applications

    SERBÜLENT TÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    KimyaSakarya Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUT ÖZACAR

    PROF. DR. CUMA BİNDAL