A three-dimensional printed, polycaprolactone/hydrogel based, tissue engineered meniscus
Üç boyutlu basım ve doku mühendisliği yöntemleriyle üretilmiş polikaprolakton/hidrojel temelli yapay menisküs
- Tez No: 489466
- Danışmanlar: PROF. DR. VASIF HASIRCI, PROF. DR. NESRİN HASIRCI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 192
Özet
Üç boyutlu (3B) basım, hastaya özel, kontrol edilebilir şekil, gözeneklilik ve gözenek boyutuna sahip doku mühendisliği taşıyıcılarının üretimine olanak sağladığı için, son zamanlarda doku mühendisliği alanınında çok revaçtadır. Bu çalışmada amaç doku mühendisliği yaklaşımıyla, zedelenmiş menisküs dokusunun yerine geçebilecek işlevsel bir taşıyıcı geliştirmektir. Taşıyıcı, 3B basım yöntemiyle menisküs şeklinde üretilen ve iç ve dış kısımlarda değişik hidrojellere emdirilmiş polikaprolakton (PCL) temelli bir yapıdır; yapının iç kısmı kıkırdak dokusundaki gibi glukozaminaglikan (GAG) üretimini uyaran bir hidrojele, dış kısmı da fibrokıkırdak dokusundaki gibi kollajen üretimini uyaran bir hidrojele emdirilmiştir. Bunun için agaroz (Ag), metakrile jelatin (GelMA), metakrile hiyalüronik asit (MeHA) ve GelMA-MeHA gibi birçok hidrojel hazırlanmış ve bunların domuz ve insan fibrokondrosit hücrelerinin aktivitelerine etkileri incelenmiştir. Herhangi bir hayvan deneyinde kullanılmadan önce, yapıların performansları in vitro koşullarda domuz fibrokondrositleriyle test edilmiştir. Bunun için çeşitli hidrojellere (Ag, GelMA, MeHA ve GelMA-MeHA) hücre ekilip statik (yüksüz) ya da dinamik (basma, %5-15 gerilme ile) kültür ortamında denenmiştir. 3B basılmış PCL taşıyıcılarını kaplamak üzere GAG üretimini artıran Ag ve kollajen üretimini artıran GelMA seçilmiştir. Elli altı günlük kültür sonundaö Ag'a emdirilmiş PCL'nin hidrojel emdirilmemiş PCL'e göre 2 kat daha fazla kollajen ve 3 kat daha fazla GAG ürettiği, GelMA'ya emdirilmiş PCL'in ise 10 kat daha fazla kollajen ürettiği görülmüştür. PCL taşıyıcıların mekanik özellikleri hidrojellerin varlığında değişim göstermemiştir. Menisküs şeklindeki PCL taşıyıcılar 3B basımla elde edilmiş ve iç kısımda Ag'a, dış kısımda GelMA'ya emdirilmiştir. Elli altı günlük kültürün sonunda garoza emdirilmiş iç kısımda yüksek oranda GAG, GelMA'ya emdirilmiş iç kısımda yüksek oranda kollagen üretimi görülmüştür. Böylece menisküs dokusunun biyokimyasal içeriğine benzer taşıyıcılar elde edilmiştir. Taşıyıcıların klinik deneylerden önce in vitro koşullarındaki performanslarını test etmek için, yapay dokular insan fibrokondrositleri kullanılarak üretilmiştir. Bu amaçla, değişik tasarımlarda ve çeşitli iç (katmanları kaydırmadan ya da kaydırarak) ve dış (çevresel fiberler içeren ya da içermeyen) mimarilere sahip, dikdörtgen prizma şeklinde PCL taşıyıcılar üretilmiş ve bu taşıyıcıların menisküs implantı olarak kullanıma uygunluğu araştırılmıştır. Katmanların kaydırılması mekanik özelliklerin düşmesine, çevresel fiberlerin eklenmesi ise mekanik özelliklerin artmasına neden olmuştur. Taşıyıcılar hem kaydırmalı katmanlar şeklinde hem de çevresel fiberlerin varlığında üretildiğinde, menisküs değerlerine (0.3-2 MPa) yakın basma modülü (~0.4 MPa) ve menisküsünkünden (70-130 MPa) daha düşük çekme modülü (18 MPa) değerleri göstermiştir. Sonuçta, 3B basılmış PCL taşıyıcılar kaydırmalı katmanlar şeklinde ve çevresel fiberler eklenerek üretilmiş, insan hücresi taşıyan Ag, GelMA ya da GelMA-Ag hidrojellerine emdirilmiş ve statik kültür ortamında 42 gün inkübe edilmişlerdir. Hidrojellere emdirilmiş taşıyıcıların en yüksekten en düşüğe doğru kollajen üretimleri GelMA > GelMA-Ag > Ag sıralamasında olmuştur. Menisküs şeklinde üretilen ve çevresel fiberler içeren taşıyıcıların iç kısımları Ag yerine GelMA-Ag ile kaplandığında kollajen üretiminde bir artış gözlenmiştir. Sonuçta menisküs dokusuna benzer bir şekilde biyokimyasal açıdan bölgesel değişkenlik gösteren (dış kısımda yüksek COL I, dış kısımda da yüksek COL II) taşıyıcılar elde edilmiştir. Aynı zamanda menisküs dokusunun yapısal organizasyonu da çevresel fiberler eklenerek taklit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Three dimensional (3D) printing has recently been in the spotlight of tissue engineering field, because it enables production of patient-specific tissue engineered scaffolds with desired shapes, porosities and pore sizes. In the current study, the aim was to develop a meniscal construct via tissue engineering that would serve as a functional replacement for the damaged tissues. The scaffold involves 3D printed polycaprolactone (PCL) structure embedded in different hydrogels; the hydrogel used at the inner region induces glycosaminoglycan (GAG) production similar to the cartilage-like tissues, and the hydrogel used at the outer region induces collagen production similar to fibrocartilage-like tissue. Various hydrogels such as agarose (Ag), methacrylated gelatin (GelMA), methacrylated hyaluronic acid (MeHA) and GelMA-MeHA were prepared and their effect on cell activities were studied by using two different cells, porcine fibrochondrocytes and human fibrochondrocytes. Constructs were tested in vitro using porcine fibrochondrocytes in order to investigate their performance before any animal experimentation. Different hydrogels (Ag, GelMA, MeHA and GelMA-MeHA) were seeded with the cells and tested under static (no load) or dynamic (compression, 5-15% strain) culture conditions. Ag (which promoted GAG production) and GelMA (which promoted collagen production) were selected to embed the 3D printed PCL scaffolds. After 56 days of culture, PCL scaffolds embedded in Ag resulted in 2-fold higher collagen and 3-fold higher GAG production, and the ones embedded in GelMA resulted in a 10-fold higher collagen production compared to untreated PCL. Mechanical properties of the PCL did not change after embedding in Ag or GelMA. PCL scaffolds with meniscus-shapes were 3D printed and embedded in Ag and GelMA at the inner and outer regions, respectively. The inner region of the constructs that was embedded in Ag produced high amounts of GAG, and the outer region that was embedded in GelMA produced high amounts of collagen after 56 days of incubation. Thus, the meniscus-shaped constructs mimicking the biochemical content of the meniscal tissue were produced. In order to investigate the performance of the constructs in vitro before any clinical applications, human fibrochondrocytes were used to engineer the meniscus. To this end, square prism-shaped PCL scaffolds having different designs were printed with various interior (with or without shifting of the consecutive layers) and exterior (with or without circumferential strands) architectures, and studied for their suitability as human meniscus substitutes. Shifting of the strands led to lower mechanical properties while introduction of the circumferential strands enhanced mechanical properties in all combinations. The compressive modulus of the scaffolds when the scaffolds were produced in shifted architecture and with circumferential strands (~0.4 MPa) was close to that of the human meniscus (0.3-2 MPa), while the tensile modulus (18 MPa) was lower than that of the meniscus (70-130 MPa). The 3D printed PCL scaffolds were produced in shifted architecture and with circumferential strands, embedded in the human fibrochondrocyte-carrying Ag, GelMA or GelMA-Ag, and incubated for 42 days under static culture conditions. The order of collagen deposition on the hydrogel-embedded scaffolds from the highest to the lowest was GelMA > GelMA-Ag > Ag. When the meniscus-shaped constructs with the circumferential strands were embedded in GelMA-Ag at the inner region instead of agarose alone, collagen deposition was increased. At the end, a zonal difference in the biochemical content of the constructs, high COL I at the outer region and high COL II at the inner region, was created, mimicking the native meniscus. The structural organization of the meniscus was also mimicked with introducing circumferential strands to the engineered constructs.
Benzer Tezler
- Hybrid 3D bioprinting of functionalized structures for tissue engineering
Başlık çevirisi yok
SEYEDEH FERDOWS AFGHAH
Doktora
İngilizce
2020
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Moringa oleifera yüklü üç boyutlu baskı yamalarının in vitro kolon kanser hücrelerinde etki mekanizmalarının araştırılması
Investigation of the effect mechanisms of moringa oleifera loaded three-dimensional printed patches on in vitro colon cancer cells
HASAN EGE
Doktora
Türkçe
2024
Fizyolojiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaFizyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NERMİN YELMEN
- Development ofemulsion templated matrices andtheir use in tissue engineering applications
Başlık çevirisi yok
BETÜL ALDEMİR DİKİCİ
- Developing the high-resolution electrohydrodynamic (EHD) 3D jet printingsystem for thermoplastic materials
Başlık çevirisi yok
MUHARREM TÜNEL
- Farklı oranlarda bor ilavesinin üç boyutlu yazıcı ile üretilen daimi kron rezinlerinin yüzey pürüzlülüğü ve antibakteriyel özelliklerine etkisinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effect of different amounts of boron addition on the surface roughness and antibacterial properties of three dimensional printed permanent crown resins
DALNDUSHE ABDULAI
Doktora
Türkçe
2023
Diş HekimliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞÜKRİYE ECE GEDUK
PROF. DR. SEDA CENGİZ