Development and characterization of peptide nanofibers for cartilage regeneration
Kıkırdak rejenerasyonu için peptit nanofiberlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 398821
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY, DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 161
Özet
Artiküler kıkırdak dokusu sürekli olarak tekrarlayan kompresif strese maruz kalan fakat küçük boyutlu yaralanmalarda dahi kendini yenileyemeyen bir dokudur. Kıkırdak dokusu yoğun hücrelerarası matrise ve sınırlı sayıda kondrosit hücresine sahip bir dokudur. Doku genelinde kan ya da lenf damarları bulunmamakta ve herhangi bir enflamasyon durumunda dokuya projenitör hücre girişi olmamaktadır. Bunun yanında, yeni dokunun oluşmasını sağlayacak tek hücre tipi olan kondrosit hücreleri kıkırdak dokusunun daha derinlerinde kıkırdak kemik sınırına yakın olarak bulunmakta ve yoğun hücrelerarası matristen dolayı hasar bölgesine göç edememektedir. Bundan dolayı günümüzde uygulanan ve küçük boyutlu hasarlarda acıyı ortadan kaldıran ancak kısa süreli çözüm olabilen tedavi yöntemlerine rejenerasyonla cevap verememektedir. Ağır kıkırdak hasarları ise doku transferini gerektirmekte fakat otograft olarak bağışlanacak kıkırdak dokusu azlığı nedeniyle herkese uygulanamamaktadır. Mikrokırık ve otolog kondrosit implantasyonu günümüzde uygulanan rejenerasyon amaçlı hücre terapisinin kullanıldığı yöntemlerdir. Fakat bu yöntemler sonucu oluşan kıkırdak dokusu fonksiyonel doku olan hiyalin kıkırdak değil zamanla dejenere olan fibröz kıkırdak dokudur. Bu sebeplerle uzun vadeli etkili çözüm üretebilecek biyobozunur iskele ve otolog hücrelerin kullanıldığı çalışmalar önem kazanmaktadır. Bu tezde, kıkırdak hücrelerarası matrisinin önemli bileşenlerinden olan glikozaminoglikan moleküllerin taklit eden malzemeler geliştirilmiş ve bu malzemelerin in vitro ortamda kıkırdak farklılaşmasını desteklediği gösterilmiştir. İn vitro deneyleri takip eden in vivo deneylerde, biyoaktif peptit nanofiber sistemler kıkırdak doku hasarı tamiri yetisi bakımından tavşan osteokondral hasar modelinde test edilmiştir. Yeni oluşan dokunun yapısal ve mekanik özellikleri ve çevresindeki doku ile entegrasyonu içerdiği hücrelerarası matrisin niteliğine ve miktarına bağlıdır. Hasar bölgesinde biyoaktif peptit nanofiberlerle sağlanan sinyaller, hücrelerin üreteceği ektraselüler matrisin niteliğini belirlemiştir. İn vitro çalışmada gözlendiği üzere glikozaminoglikan benzeri peptitler hücrelerin farklılaşmasını ve bunu takiben kıkırdak dokusunun temel bileşenleri olan kollajen II ve agrekan moleküllerinin sentezini tetiklemiştir. İn vivo çalışmamızda da hasarlı kıkırdak bölgesinde peptit nanofiberler yardımıyla kollajen II ve agrekan molekülleri bakımından zengin hiyalin kıkırdak dokusu üretimi gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Articular cartilage is a tissue that is continuously exposed to cyclical compressive stresses, but exhibits no capacity for self-healing following trauma. Cartilage has a dense extracellular matrix that is sparsely populated with cells, and the whole tissue lacks blood and lymphatic vessels, which complicates the cell infiltration response that ordinarily occurs during inflammation. In addition, the only cell type capable of synthesizing new cartilage matrix lies deeper in the tissue, near the bone boundary, and due to the dense extracellular matrix, chondrocytes cannot migrate to the defect site following injury. Consequently, cartilage tissue cannot effectively respond to treatment options. Treatment options exist for the short-term reduction of pain in smaller defects, but larger injuries necessitate tissue donation, and there is a severe shortage of articular cartilage that can be donated for autografting. Microfracture and autologous chondrocyte implantation are the current treatment options that use cellular therapy for the repair of cartilage. However, the cartilage tissue that forms in the course of these treatments is not the functional hyaline cartilage, but rather fibrous cartilage, which is mechanically weaker and degenerates over time. Tissue engineering studies using biodegradable scaffolds and autologous cells are gaining importance as effective long-term treatment options for the post-injury production of hyaline cartilage. Such scaffold systems are designed to be biodegradable and bioactive, which allows them to induce new tissue formation in shorter periods of time. In this dissertation, peptide nanofibers mimicking glycosaminoglycan molecules, which are important constituents of cartilage extracellular matrix, are designed and the effectiveness of these materials in terms of chondrocyte differentation are tested under in vitro conditions. As a follow-up study to in vitro experiments, the capacity of bioactive peptide nanofibers to support cartilage regeneration is evaluated in the rabbit osteochondral defect model. Structural and mechanical properties of newly deposited cartilage are highly dependent on the quality and quantity of its extracellular matrix, which also has a major impact on the integration of replacement cartilage into the surrounding healthy tissue. Signals provided by bioactive peptide nanofibers to cells at the defect site can strongly alter the quality of the newly synthesized extracellular matrix. Consequently, we designed glycosaminoglycan-mimetic peptide nanofibers that closely imitate the structure of the native cartilage ECM and demonstrated that these nanofiber networks are able to induce the synthesis of collagen II and aggrecan molecules, which are the main constituents of cartilage tissue, during chondrogenic differentiation.
Benzer Tezler
- Characterization of peptide amphiphile nanofibers their interactions with chondroprogenitor cells and morphological analysis of tissues from transgenic animals
Peptit amfifil nanofiberlerinin karakterizasyonu, kondrosit öncülü hücrelerle etkileşimleri ve transgenik hayvanlara ait dokuların morfolojik analizi
AYŞEGÜL TOMBULOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Biyokimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY
- Biyoaktif peptid içeren nanofiberlerin elektrospin yöntemiyle elde edilmesi, karakterizasyonu ve biyoaktivitelerinin incelenmesi
Production of bioactive peptide containing nanofibers by electrospinning, characterization and investigation of their bioactivities
ELİF BÜŞRA BAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyokimyaKütahya Dumlupınar ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHARREM AKCAN
- Synthesis and characterization of metallopeptide nanostructures
Metallopeptit nanoyapıların sentez ve karakterizasyonu
OYA USTAHÜSEYİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Self-assembled peptide based biomaterials for drug delivery and regenerative medicine
Moleküler kontrollü bir araya gelme yöntemiyle oluşturulan peptit bazlı biyomalzemelerin ilaç taşınımı ve rejeneratif tıp alanlarında uygulamaları
GÖKSU ÇİNAR
Doktora
İngilizce
2016
Biyokimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Characterization and corneal tissue engineering application of peptide amphiphiles
Peptit amfifillerin karakterizasyonu ve kornea doku mühendisliği uygulaması
YAVUZ SELİM DAĞDAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY