Fabrication and characterization of bilayered tissue scaffolds incorporating bioactive agents for skin tissue engineering applications
Deri doku mühendisliği uygulamaları için biyoetkin ajan yüklü iki katmanlı doku iskeleleri üretilmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 383017
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DİLEK KESKİN, DR. TEMEL BİLİCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 264
Özet
Bu çalışmada, deri doku mühendisliği uygulamaları için farklı biyolojik polimerlerden (kollajen, serisin, ipek fibroin) doku iskeleleri üretmek amaçlanmıştır. Bu sebeple epidermal (kollajen/serisin film) ve dermal (kollajen köpük, kollajen matris ya da ipek fibroin matris) eşleniklerden oluşan iki katmanlı deri eşlenikleri farklı biyomalzeme üretim fabrikasyon yolları ile üretilmiştir. İskeleleri üretmek için, solvent dökme ve uçurma (film), liyofilizasyon/dondurup-kurutma (köpük) ve kuru/ıslak elektro-eğirme (mikro/nano fibröz matris) metotları kullanılmıştır. Farklı boyutlarda ve küre şeklinde altın nanoparçacıklar (AuNPs) üretilerek bir boyut grubu (37 nm) dermal katmanlara eklenmiştir. İskelelerin epidermal ve dermal katmanlarının sudaki sağlamlıklarını arttırmak için kollajen temelli iskeleler glutaraldehit (GTA) ile çapraz bağlanmış, ipek fibroin temelli iskeleler ise etanolde kimyasal işlem görmüştür. Bu iskelelerin deri doku mühendisliğine uygunlukları fizikokimyasal karakterizasyon, in vitro biyouyumluluk, antibakteriyellik, deri içi iritasyon, deri sensitizasyon, genotoksisite, ve in vivo sıçan deri yarası iyileşme testleri ile değerlendirilmiştir. Çapraz bağlama sonunda kollajen temelli iskelelerin hidrolitik ve enzimatik bozunmaya karşı dirençleri anlamlı bir şekilde artmıştır, bunun aksine kollajen nanofibröz iskeleler daha çabuk bozunmaya meyillidir. Özellikle ipek fibroin temelli iskeleler en düşük bozunmaya sahiptir. Su tutma özelliğine göre, fibroin temelli iskeleler ile kollajen köpükler benzerdir (10-20 gr/gr), çünkü benzer gözenekliliğe (%70-80) ve gözenek boyut dağılımına (10-200 µm) sahiptirler. Bunlara kıyasla kollajen nanofibröz matrikslerin su tutmaları düşük gözeneklilik (%10) ve küçük gözenek boyutları (0-8 µm) yüzünden daha düşüktür (3 gr/gr). İki katmanlı iskelelerin su buharı geçirgenlikleri istatistiksel açıdan benzerdir (1300-1400 gr/m2/gün), ve iyi oksijen geçirgenlikleri olduğu teyit edilmiştir. Bunun sadece kollajen/serisin filme bağlı olduğu düşünülmüştür. Kollajen temelli iskelelerin gerilim kuvveti çapraz bağlama sonucunda anlamlı bir şekilde gelişmiştir. Kollajen temelli iskelelere AuNPs eklenmesinin, gerilim kuvveti üstünde istatistiksel açıdan anlamlı bir etkisi olmamıştır. Ancak, ipek fibroin temelli iskeleye AuNPs eklenmesi gerilim kuvvetini anlamlı bir şekilde arttırmıştır. Ayrıca, gerilim kuvveti, nemli örneklerde dramatik olarak düşmüştür. Diğer yandan, iskelelerin kopma anındaki uzaması, örnekler nemlendirilince %100 değerlerini bile aşarak anlamlı bir şekilde artmıştır. Örneklerin, elastik modülüsü çapraz bağlama sonucunda, sertliğin arttığına işaret olarak, anlamlı bir şekilde artmıştır. Bunun tersine nemli örneklerin elastik modülüsü anlamlı bir şekilde düşmüştür, çünkü örnekler nemli iken daha yumuşak ve daha uzayabilir olmuştur. Üretilen AuNPs'ların keratinosit ve fibroblastlar üstündeki sitotoksisitesinin, boyut ve doza bağlı olduğu görülmüştür. Hiçbir iskele (epidermal veya dermal katmanlar) fibroblastlar üstünde sitotoksik etki göstermemiştir (hücre canlılığı > 85). Hücre yapışma testlerinde, fibroblast ve keratinositlerin 1 günlük süre içinde iskeleler üstüne yapıştığı ve doğal morfolojilerini (uzamış ve poligonal) kazandıkları ve 3 gün sonunda da sayılarının arttığı SEM analizi ile gösterilmiştir. Agar disk difüzyon metoduna dayanan antibakteriyellik değerlendirme testleri bu çalışmada üretilen AuNPs'lerin S. Aureous üstünde antibakteriyel potansiyeli olduğuna yönelik kuvvetli bir delil sağlamıştır. Ayrıca OD ölçümü ve SEM analizi göstermiştir ki S. Epidermidis, AuNPs içeren iskelelere AuNPs içermeyen iskelelere kıyasla yok denecek kadar az yapışabilmiştir. In vivo test sonuçlara göre; postoperatif 14. gün sonunda bütün gruplar işlem görmemiş kontrol grubundan anlamlı bir şekilde daha iyi yara kapanması göstermiştir. Erken dönem epitelizasyon, kollajen temelli ve ipek fibroin temelli iskele gruplarında, düşük inflamasyon, yüksek fibrosis ve granülasyon dokusu ile MatridermTM'e kıyasla daha iyi oluşmaya başlamıştır. Ayrıca, biyomekanik test sonuçlarına göre, bal ve AuNPs içeren gruplar MatridermTM'den daha hızlı bir şekilde orijinal mekanik özelliklerine kavuşmaya başlamıştır. Bütün bu sonuçlara göre, bütün gruplar, özellikle bal veya AuNPs içeren iskeleler MatridermTM ile aynı hatta daha iyi in vivo yara iyileşme etkisi göstermiştir. BLCS-AuX üstünde yapılan hayvan toksikoloji değerlendirilmesi ve genotoksisite testlerine göre; BLCS-AuX için hiç bir ters deri reaksiyonu (iritasyon ya da sensitizasyon) veya genotoksisite sonucu olmamıştır. Sonuç olarak, bütün bu iki katmanlı deri eşleniklerinin, özellikle de biyoaktif ajan (bal veya AuNPs) içeren grupların deri yaralanmalarında kullanılmak için çok değerli deri eşleniği malzemesi olabileceği söylenebilir.
Özet (Çeviri)
In this study, it was aimed to fabricate tissue scaffolds from different biological polymers (collagen, silk fibroin and sericin) for skin tissue engineering applications. For this purpose, bilayered scaffolds composed of epidermal (collagen/sericin films) and dermal (collagen sponges, collagen matrices or silk fibroin matrices) layers were produced with different biomaterial fabrication methods. Casting and solvent evaporation (film), lyophilization/freeze-drying (sponge) and dry/wet electro-spinning (micro/nanofibrous matrices) methods were used to obtain the scaffolds. Different sizes (10-55nm) of gold nanoparticles (AuNPs) with spherical shapes were synthesized and one size group (37 nm) was incorporated into dermal layers. Collagen based scaffolds were cross-linked with glutaraldehyde and silk fibroin based ones were treated with ethanol to increase the aqueous stability. The suitability of these scaffolds to skin tissue engineering applications was evaluated by means of physicochemical characterization, in vitro biocompatibility, antibacterial assessment, intra-dermal irritation, skin sensitization, genotoxicity and in vivo rat skin wound healing tests. The resistance of collagen based scaffolds to hydrolytic and enzymatic degradation was enhanced significantly after cross-linking, on the contrary collagen nanofibrous scaffolds had tendency to degrade quickly. Especially silk fibroin based scaffolds had the lowest degradation levels. Based on water swelling, silk fibroin based scaffolds and collagen sponge groups were similar (10-30 g/g) due to their similar porosities (70-80%) and pore size distributions (10-200 µm). However, water swelling of collagen nanofibrous scaffolds was lower (3 g/g) in comparison due to their low porosity (10%) and small pore sizes (0-8 µm). The water vapor transmission rates of bilayered scaffolds were statistically similar (about 1300-1400 g/m2/day) and they were confirmed to have good oxygen permeability, which was attributed to collagen/sericin film. Tensile strength of collagen based scaffolds enhanced significantly after cross-linking. AuNPs incorporation into collagen based scaffolds did not have a significant effect on tensile strength values. Yet, AuNPs incorporation significantly increased tensile strength of silk fibroin based scaffolds. Also, tensile strength decreased dramatically when the testing was done in wet conditions. On the other hand, elongation at break of all the wet scaffolds were improved significantly reaching to even above 100% values. Elastic modulus of all the scaffolds increased significantly after cross-linking indicating increased hardness, on the contrary elastic modulus decreased significantly in wet conditions as they became more extensible and softer in aqueous environment. The cytotoxic effect of AuNPs on keratinocyte and fibroblasts were size and dose dependent. None of the scaffolds (epidermal and dermal layers) had a cytotoxic effect (cell viability > 85%) on L929 fibroblasts. Cell seeding tests showed that, fibroblasts and keratinocytes attached and gained their natural morphology (spread or polygonal) in 1 day and proliferated on the scaffolds during 3 days incubation period according to SEM analysis. Antibacterial assessment tests based on the agar disc diffusion method provided strong evidence that AuNPs fabricated in this study had an antibacterial potential against S. Aureus. Also, the OD measurement and SEM analysis showed that S. Epidermidis could not attach onto scaffolds containing AuNPs compared to control without AuNPs. In vivo tests results showed that all the groups had significantly better wound contraction than untreated controls on post-operative 14th day. Early stage re-epithelization started to form in collagen based and silk fibroin based scaffold groups, with low inflammation, and high fibrosis and granulation tissue formation compared to MatridermTM. Also, the groups containing honey or AuNPs started to recover their mechanical properties much quicker than MatridermTM according to biomechanical tests. All these results suggested that all the groups, especially the groups containing honey or AuNPS have equal or slightly better in vivo healing effect than MatridermTM. According to animal toxicology evaluation and genotoxicity tests on BLCS-AuX, there were no adverse skin reactions (irritation or sensitization) or genotoxicity. As a conclusion, it could be suggested that all of these bilayered skin substitutes, especially the groups containing bioactive agents (honey or AuNPs) could be very valuable skin substitute materials for use in the management of skin wounds.
Benzer Tezler
- L-Laktik asit, glikolik asit ve 2,2-bis(hidroksimetil propionik asit) içeren terpolimerlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of poly (L-lactic acid/glycolic acid/2,2'-bis (hydroxymethyl propionic acid)) terpolymers
ESİN ÖZALTIN
- Novel concepts in high power semiconductor lasers
Yüksek güçlü yarıiletken lazerlerde yeni kavramlar
SEVAL ARSLAN
Doktora
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Fabrication and characterization of bismuth oxide-based bilayer electrolytes for solid oxide fuel cells
Katı oksit yakıt hücreleri için bizmut oksit temelli çift katmanlı elektrolitlerin üretimi ve karakterizasyonu
BATUHAN BAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
EnerjiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
- Fabrication and characterization of a-Si:H based top-gate and bottom-gate thin-film transistors (TFTs)
A-Si:H tabanlı üst-kapı ve alt-kapı ince film transistörlerin (TFTs) fabrikasyonu ve karakterizasyonu
ELÇİN MERT
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve TeknolojiGebze Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİGÜL BÜYÜKAKSOY
DR. ÖĞR. ÜYESİ TURGUT TUT
- Nife/X/Irmn (X: cu, cr, pt)-tabanlı planar hall etkisi sensörlerinin üretilmesi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of nife/X/irmn (X: Cu, cr, pt)-based planar hall effect sensors
HASAN PİŞKİN
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NUMAN AKDOĞAN