Design, fabrication and characterization of biodegradable scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine applications
Doku mühendisliği ve rejeneratif tıp uygulamaları için biyoçözünür iskele yapılarının tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 526550
- Danışmanlar: PROF. DR. İSKENDER YILGÖR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Mühendislik Bilimleri, Bioengineering, Biotechnology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 140
Özet
Bu çalışmada doku mühendisliği uygulamaları için vücutta çözünebilir yapılar geliştirilmiştir. Ana tema olarak kemik ve deri doku uygulamalarına odaklanılmıştır. Hidroksiapetit (HA), kitosan (CS) ve poli(laktik asit) (PLA) gibi biyouyumlu malzemeler doku geliştirme çalışmaları için kullanılmıştır. Saf HA sol-jel metodu kullanılarak değişik yöntemler ile üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Nano boyutta geliştirilen kitosan-hidroksiapetit (CS/HA) karışımları çözücü uçurma metodu ile elde edilmiştir. Bu amaç için en uygun çözücünün formik asit olduğu görülmüştür. Bu çözücü içerisinde HA homojen bir şekilde dağılmış ve kitosan zincirleri arasına girerek değişik morfolojiler meydana getirmiştir. Ayrıca, üç boyutlu baskı yöntemi ile PLA doku iskeleleri geliştirilmiştir. Formik asit kullanarak hazırlanan CS/HA karışımları, 3 boyutlu PLA malzemelerinin yüzeyine kaplanmıştır. Üretilen doku malzemelerinin üzerlerinde U2-OS insan kemik hücreleri büyütülmüştür. CS/HA eklenmesi, hücrelerin doku malzemesi üzerinde büyümelerini geliştirmiştir. Üretilen malzemelerin kemik doku mühendisliği uygulamalarında kullanılmaya uygun olduğu tespit edilmiştir. Doku mühendisliği uygulamaları için yüksek molekül ağırlıklı polikaprolakton (PCL), PCL (Mn=2000 g/mol) içeren bir poliüretan (PU) ve ipek (SF) malzemeleri kullanılmıştır. Yüksek molekül ağırlıklı PCL epsilon-kaprolakton monomerinin polimerizasyonu ile üretilmiştir. PU ise PCL-2000 oligomeri ve 1,6-hekzametilen diizosiyanat'ın (HDI) stokiyometrik (1/1 mol) reaksiyonu ile üretilmiştir. İpek lifleri ipek böceği kozasından ekstrakte ederek elde edilmiştir. Bu yöntemde daha yaygın olan THF ve DMF çözücüleri yerine daha az zararlı bir çözücü olan formik asit kullanılarak yeşil elektro-eğirme yöntemi ile nanofiber yapılar elde edilmiştir. Üretilen malzemeler değişik metotlarla karakterize edilmiştir. Hücre çalışmaları insan BJ ve fare NIH/3T3 hücreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. ATP ve MTT sitotoksisite testleri sonucunda hücrelerin PCL ve PU malzemeleri ile karşılaştırıldığında diğerlerine göre daha çok büyüdükleri gözlemlenmiştir. Elde edilen malzemelerin deri doku mühendisliği uygulamalarında kullanılması için gerekli olan mekanik ve biyolojik özelliklere sahip oldukları gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Biocompatible and biodegradable scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine applications were developed. Bone and skin tissue engineering applications were focused throughout the study. Biomaterials such as hydroxyapatite (HA), chitosan (CS) and poly(lactic acid) (PLA) were used to fabricate scaffolds for potential bone regeneration applications. HA was synthesized through different production routes via sol-gel process. The process was critically analyzed and evaluated for synthesis of pure HA. Nano-composite scaffolds of CS/HA were fabricated through simple solvent casting method. Selection of proper solvent media (formic acid, a green solvent) produced stable and well defined dispersion of HA that resulted in intercalated structural composites. Furthermore, 3D PLA scaffolds were developed through fused deposition modeling and CS/HA were incorporated in these scaffolds. Formic acid enabled embedding of CS/HA through chemical etching of PLA surfaces. These scaffolds were analyzed in-vitro by seeding U2-OS human osteosarcoma cells. Scaffolds modified with CS/HA showed higher cell proliferation as compared to unmodified ones. The scaffolds developed in this study show great potential for use as substrates for bone tissue engineering applications. For skin tissue engineering applications, polycaprolactone (PCL) and the blend of a polyurethane (PU) prepared through stoichiometric reaction of PCL (Mn=2000 g/mol) and 1,6-hexamethylene diisocyanate (HDI) and silk fibroin (SF) were used. PCL was synthesized through ring opening polymerization of Ɛ-caprolactone in the presence of T-9 catalyst and 1,2-bis(3-aminopropoxy)ethane as initiator. SF was obtained by degumming of silk cocoons through a novel process developed in this study and subsequent dissolution. Nano-fibrous scaffolds of PCL and PU with and without different amounts of SF were prepared through a“green”electrospinning process in formic acid, which is a low toxicity Q3C class 3 solvent, rather than commonly used class 2 solvents such as tetrahydrofuran (THF) and dimethylformamide (DMF). Successful addition of SF and its effect on these scaffolds was analyzed through various characterization techniques. In-vitro analysis was done by seeding Human BJ and NIH/3T3-Mouse embryo fibroblast cells on PCL, PCL/SF and PU, PU/SF scaffolds respectively. ATP and MTT cytotoxicity analyses revealed significant enhanced proliferation of fibroblast cells as compared to pristine PCL and PU scaffolds. We believe these novel composite scaffolds with good mechanical properties and bioactivity can be used for skin tissue engineering applications.
Benzer Tezler
- Design and fabrication of biodegradable hydrogels as artificial tissue scaffolds
Yapay doku iskelesi olarak kullanılabilecek biyobozunur hidrojellerin tasarımı ve geliştirilmesi
ALİ MURAD ÖZMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyoteknolojiAcıbadem Mehmet Ali Aydınlar ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜL GÖK
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEYHUN EKREM KIRIMLI
- Çinko nanotanecik içeren polimer nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of polymer nanocomposite materials incorporated zno nanoparticles
ALEV AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE KÜÇÜKBAYRAK OSKAY
- Design and synthesis of complex biomacrolecules and their use in various applications
Karmaşık biyomakromoleküllerin tasarımı, sentezi ve değişik uygulamalarda kullanımı
SEVİM MANOLYA KUKUT
Doktora
İngilizce
2012
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. OKŞAN KARAL-YILMAZ
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Functionalized nanofiber based scaffold in nerve tissue engineering
Sinir doku mühendisliğinde işlevselleştirilmiş nanofiberlerin kullanımı
İREM AYŞE KANNECİ ALTINIŞIK
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA NEŞE KÖK
PROF. DR. GAMZE KÖSE
- Fabrication and characterization of biodegradable fibrous webs for vascular graft structures
Vasküler greft yapılarına yönelik biyobozunur fibröz yüzey üretimi ve karakterizasyonu
JANSET ÖZTEMUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İPEK YALÇIN ENİŞ