Development and characterization of silk fibroin and citrus pectin based scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliğine yönelik ipek fibroini ve turunçgil pektini tabanlı taşıyıcıların geliştirilmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 383308
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYŞEN TEZCANER, DOÇ. DR. AKIN AKDAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 190
Özet
Doku mühendisliği, biyolojik, fizikokimyasal ve mekanik özellikleri bakımından uygun, hücre yüklenmiş üç boyutlu taşıyıcı geliştirmeyi hedefler. Biyolojik kökenli malzemeler, vücutta birçok biyokimyasal reaksiyonda görev aldığı ve uygun mekanik dayanıma sahip olduğu için bu uygulama alanında ilgi görmektedir. Bu çalışmanın amacı, kemik doku mühendisliğine yönelik doğal malzemelerden ipek fibroin proteini ve turunçgil pektin polisakkariti ile üç boyutlu ve gözenekli taşıyıcılar geliştirmektir. Ayrıca ileriki çalışmalarda polimer/seramik kompozit yapıda taşıyıcı oluşturmak için Alev Sprey Pirolizi yöntemi ile nano boyutta kalsiyum fosfat tuzları sentezlenmesi amaçlanmıştır. Taşıyıcının ve sentezlenen partiküllerin biyolojik karakterizasyon çalışmaları için idrar örneklerinden izole edilen kök hücreler kullanılmıştır. Taşıyıcılar, klik reaksiyonları, karbodiimit reaksiyonları ve imin bağı oluşturma reaksiyonları olmak üzere üç farklı kimyasal çapraz bağlama işlemi gerçekleştirildikten sonra dondurulup liyofilizasyon işlemi uygulanarak elde edilmiştir. Bu işlemler için polimerler kimyasal olarak modifiye edilmiştir. Metanol ve CaCl2 uygulaması yapılarak polimerlerin fiziksel çapraz bağlanma işlemi indüklenmiştir. Taşıyıcı, FTIR ATR analizi ile karakterize edilmişlerdir. Çapraz bağlama işlemi sonrası taşıyıcıların bozunma profili incelenerek çapraz bağlama işleminin verimi kullanılan farklı çapraz bağlayıcı ajana ve in vivo dayanıklılığına göre kıyaslanmıştır. EDC ile çapraz bağlanmış ipek fibroini ve amit bağı içeren turunçgil pektini taşıyıcıları ve 0.015 M borax varlığında önceden jelleşme uygulanan ipek fibroini, oksitlenmiş pektin ve amit bağı içeren pektin karışımı taşıyıcılar, 1 haftalık inkübasyon sonucunda daha düşük ağırlık kaybı ve en yüksek su tutabilme değerlerine sahiptir. SEM analizi sonuçlarına göre taşıyıcılar üst yüzeylerinde polimer katmanına sahiptir ve taşıyıcıların gözenekli bir yapısı olduğu gözlemlenmiştir Taşıyıcıları biyoaktif ajanlar ile güçlendirmek için nano boyutta kalsiyum fosfat tuzları sentezlenmiştir. Partiküller farklı kalsiyum fosfat mol oranlarında sentezlenmiştir (1.20-2.19). XRD dağılımı, HRTEM, SAED analizi, TGA-DTA analizleri ile partiküllerin amorf yapısının düşük Ca/P oranlarında arttığı analiz edilmiştir. Artan Ca/P oranı ile partiküllerin spesifik yüzey alanında ve kristallin yapısında artış gözlemlenmiştir. İn vitro sitotoksisite çalışmaları, idrardan elde edilen kök hücreler ile yürütülmüş, partiküllerin kompozisyon ve doza bağlı sitotoksik etkisi gözlemlenmemiştir (5-50 μg/ml). Nanopartiküller ile test edilen hücrelerin, kontrol grubu hücrelerine göre daha fazla ALP enzim aktivitesine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bu sonuç, partiküllerin osteojenik değişimde indüktif etkisi olduğunu göstermektedir. Kemik dokusunun rejenerasyonunda kullanmak amacıyla tasarlanmış ipek fibroini ve turunçgil pektini tabanlı potansiyel taşıyıcıların sentezlenen nano boyuttaki kalsiyum fosfat tuzları ile güçlendirilmesi ve idrar kökenli kök hücreler ile yüklenme çalışmaları ve bu yapının geliştirilmesi önerilmektedir.
Özet (Çeviri)
Current strategies of tissue engineering aim to design and develop biologically, physicochemically and mechanically proper scaffolds. Natural polymers are gaining interest in applications since they have already many roles in biochemical pathways and have proper mechanical properties. The objective of this thesis is to develop natural silk fibroin (SF) and citrus pectin (PEC) based three-dimensional porous scaffolds for bone tissue engineering applications. Additionally, we aimed to synthesize nano calcium phosphates with different Ca/P ratios using Flame Spray Pyrolysis method for preparing polymer/bioceramic composite scaffolds for future studies. Human urine derived stem cells were used for testing the in vitro biocompatibility of scaffolds and synthesized particles. The scaffolds were obtained by freeze-drying of chemically crosslinked scaffolds which prepared by three different methods; namely click reactions, carbodiimide reactions and imine formation reactions. The materials were chemically modified for these crosslinking processes. Further physical modifications were conducted by immersing into methanol and CaCl2. FTIR-ATR analyses confirmed the chemical modifications. Degradation profiles of scaffolds were assessed to compare the crosslinking efficiency of the different crosslinking agents and in vivo stability of the scaffolds. Silk fibroin-amidated pectin (SF:A.PEC) scaffolds crosslinked with EDC and oxidized pectin, amidated pectin and silk fibroin (O.PEC:A-PEC:SF) scaffolds pregelated with 0.015 M had lower weight loss after 1 week incubation and highest water adsorption. SEM analyses revealed that scaffolds had porous internal structures, with a polymer skin layer. To reinforce scaffolds with bioactive agents, nano sized calcium phosphates were synthesized. Nanoparticles were produced at different calcium to phosphorus ratios (1.20-2.19). X-ray diffraction (XRD) patterns, high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and selected area electron diffraction (SAED) analyses revealed the amorphous nature of the particles at low Ca/P ratios. An increase in the specific surface area and crystallinity were observed with increasing Ca/P ratios. In vitro cytotoxicity studies using human derived stem cells showed that there was no composition and dose dependent cytotoxic effect of nanoparticles on stem cells (5-50 μg/ml). Cells treated with prepared nanoparticles had higher alkaline phosphatase (ALP) enzyme activity than the control cells, indicating positive effect on osteogenic differentiation of the cells. Future studies are suggested to be investigated on use of urine derived stem cells seeded silk fibroin and citrus pectin based scaffolds reinforced with calcium phosphate nanoparticles as a potential engineered construct for regeneration of bone.
Benzer Tezler
- Development and characterization of injectable alginate/sericin/chondroitin sulphate microspheres for cartilage tissue engineering
Kıkırdak doku mühendisliği için aljinat/serisin/kondroitin sülfat mikrotaşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
NİL GÖL BERKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİLEK KESKİN
- Elektrolif çekim yöntemiyle elde edilen biyopolimer nanoliflerin doku mühendisliği ve ilaç salımı uygulamalarında kullanım olanaklarının araştırılması
An investigation of potential applications of espun biopolymer nanofibers in tissue engineering and drug release
GAMZE DOĞAN
Doktora
Türkçe
2012
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLDEMET BAŞAL BAYRAKTAR
- Development and in vivo testing of gelatin and silk-fibroin based calcium phosphate bone cement
Jelatin ve ipek-fibroin bazlı kalsiyum fosfat çimentolarının geliştirilmesi ve in vivo testleri
İBRAHİM KAPICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyoteknolojiYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FERİDE SERMİN UTKU
- Application of human mesenchymal stem cells to 3D silk fibroin scaffolds for cardiac tissue engineering
İnsan mezenkimal kök hücrelerinin 3B ipek fibroin yapı iskelelerine uygulanarak kardiyak doku mühendisliğinde kullanılması
GİZEM MERVE ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
DR. YÜKSEL ÇETİN
- Kolajen nanofiber bazlı katmanlı yara örtü tiplerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Collagen nanofiber based multilayer wound dressing development and characterization
ONUR ARAS
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
BiyomühendislikGebze Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. AZİZ TANRISEVEN
DOÇ. DR. MURAT KAZANCİ