Nerve guidance conduit application of magnesium alloys
Magnezyum alaşımlarının sinir kılavuz kanalı için uygulanması
- Tez No: 547227
- Danışmanlar: PROF. DR. ERHAN BİŞKİN, DOÇ. DR. HİLAL TÜRKOĞLU ŞAŞMAZEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 136
Özet
Periferik sinir yaralanmalarında, 5 mm'den büyük hasarlarda cerrahi müdahale ile tedavi yetersiz kaldığı ve sinir dokusunun iyileşme hızı göreceli olarak yavaş olduğu için oluşan boşluk inflamasyon hücrelerinden oluşan yara dokusuyla kapanarak sinir hattında fonksiyon kaybına sebep olmaktadır. Dolayısıyla büyük hasarların tedavisi için bölgenin çevre dokudan izole edilmesi gerekmektedir. Bu amaçla, literatürde yaygın olarak çalışılan ve klinik uygulamalarda da tercih edilmeye başlanılan sinir kılavuz kanalı kullanımı öne çıkmaktadır. Biyouyumlu ve biyobozunum hızı düşük olması gereken sinir kılavuz kanalları, oksijen/besin/atık alışverişine olanak sağlayacak ancak inflamasyon hücreleri girişine izin vermeyecek ölçüde yarıgeçirgen gözenekli yapıda olmalıdır. Dolayısıyla, seçilen malzemenin biyodegredasyon hızı ve degredasyon ürünlerinin toksisitesi ile üretim için tercih edilen yöntemin gözeneklilik kontrolü sağlaması oldukça önemlidir. Literatürde, polimerler kullanılarak düşük maliyetli ve kolay üretilebilen sinir kılavuz kanalları üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Metaller ise yüksek mekanik dayanım ve iletkenlik sağlayabilmelerine rağmen geleneksel yöntemlerle mikron seviyesinde gözeneklilikte üretilemediklerinden, tercih edilememektedir. Bu tezde, literatürde yaygın olarak stent uygulamaları için çalışılmakta olup, ticari seviyede kullanılmak üzere FDA onayı almış ve dolayısıyla biyolojik yeterliliği stent uygulaması için kanıtlanmış bir magnezyum alaşımına benzer kompozisyonda bir magnezyum bileşiğinin sinir kılavuz kanalı uygulamaları için kullanılmak üzere geliştirilmesi çalışılmıştır. Magnezyum düşük yoğunluğa, yüksek özgül dayanıma, elektrik iletkenliğine ve düşük toksisiteye sahip, vücutta bolca bulunan ve insan metabolizmasını besleyici bir elementtir. Böylece geliştirilen sinir kılavuz kanalının, magnezyum temelli bir alaşım-benzeri bileşikten oluşması sayesinde, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak üstün performans göstermesi öngörülmüştür. Söz konusu metalik alaşım-benzeri bileşiğin üretiminde, geleneksel yaklaşımlardan farklı olarak, proses kolaylığı ve üstün gözeneklilik kontrolü sağlayan elektroeğirme yöntemi seçilmiş ve söz konusu alaşımın bileşenlerinin nitratlı bileşikleri ile polivinilpirolidon veya polivinilalkol çözelti ham maddesi olarak kullanılarak elektroeğirme gerçekleştirilmiştir. Bu süreçte, ham madde/çözücü konsantrasyonları, sıcaklık, vizkozite gibi çözelti parametreleri ile voltaj, uzaklık, besleme hızı gibi elektroeğirme parametreleri gözle muayene ve SEM görüntülemeleriyle optimize edilmiştir. Optimum parametreler ile elektroeğirilen numuneler daha sonra, asal gaz (argon) atmosferi altında gaz akışı-sıcaklık-süre kontrollü kalsinasyona tabi tutularak bileşenlerinin istenilen alaşım kompozisyonunda kristalleşmesi ve alaşım harici bileşenlerin uzaklaştırılması sağlanmaya çalışılmıştır. Kalsinasyon sürecinde uygulanan, birden fazla sıcaklık ve süre kademesinden oluşan ısıl işlem profili, elektroeğirilmiş numunelere yapılan termal analizler sonucunda başta camsı geçiş sıcaklığı, erime sıcaklığı, kristalizasyon sıcaklığı gibi olası faz dönüşümlerinden kaynaklanan endotermik ve ekzotermik piklerin belirlenmesi ve bu piklere matematiksel reaksiyon kinetiği yaklaşımı ile uygulanmasıyla tasarlanmıştır. Kalsinasyon süreci sonrası elde edilen nihai numunelerin kristalografik yapısı, elemental kompozisyonu, morfolojik özellikleri ve alaşım harici bileşenlerin uzaklaştırıldığı/uzaklaştırılamadığı sırasıyla XRD, EDX, SEM ve XPS ile tayin edilmiştir. Ayrıca elde edilen numunelerin absorplama/şişme kapasitesi, ıslatılabilirliği, geçirgenliği ve degredasyon hızı gibi fiziksel ve kimyasal özellikleri de gerçekleştirilen tezdeki karakterizasyon çalışmaları kapsamında gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmalarının son basamağında, geliştirilen sinir kılavuz kanalı materyali adayının hücre-materyal etkileşimi, fare fibroblast hücre hattı ile MTT analizi, hemositometrik sayım ve çeşitli boyama/görüntüleme teknikleri kullanılarak hücre canlılığı, yapışma, yayılma ve üreme kabiliyetleri bakımından incelenmiştir. Tamamlanan tez çalışmasından elde edilen fiziksel, kimyasal ve biyouyumluluk performans verileri, elektroeğirme yöntemiyle magnezyum temelli alaşım benzeri bileşikten oluşan fibröz gözenekli yapıların sinir kılavuz kanalı uygulamalarında kullanılabilme potansiyeli olabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Surgery is insufficient for peripheral nerve injuries larger than 5 mm. Function loss and scar formation occur as a result of slow healing rate and inflammation cells filling the damaged gap. Therefore, isolation of damaged area from surrounding tissue is crucial for treatment. For this purpose, NGCs have increasingly gained interest both in literature and clinic. Biocompatibility, slow biodegradation and semi-permeable structure that allow oxygen/nutrition/waste transfer and prohibits inflammation cells are the main requirements for NGCs. Therefore, biodegradation rate and degradation product toxicity of the material and a fabrication method that provides porosity control are crucial. In the literature, fabrication of NGCs with low cost and easy to use methods by using polymers is widely studied. On the other hand, even though metals can provide higher mechanical strength and electrical conductivity, they are not preferred for NGCs since it is not possible to obtain micro-scale porosity by conventional methods. In this thesis, development of a magnesium alloy-like compound with a similar composition of a magnesium alloy widely studied in the literature for stent applications and obtained FDA approval, for the use of NGC applications was studied. Magnesium is an abundant element found in human body, with high nutritional value, low density, high specific strength, high electrical conductivity and low toxicity. Therefore, it was planned to achieve enhanced physical, chemical and biological performance by using magnesium based alloy-like compound for NGC. For the fabrication of the compound, instead of conventional approaches, electrospinning were selected due to its ease of use and porosity control capability, and the spinning was conducted with the nitrates of alloy components and polyvinylpyrrolidone or polyvinylalcohol used as raw materials of the solution. Solution parameters such as concentration, temperature and viscosity, and electrospinning parameters such as voltage, distance and feeding rate were optimized with naked-eye observations and SEM. Electrospun samples were then underwent a gas flow-temperature-time controlled calcination under argon atmosphere in order to crystallize the components into alloy-like compound and remove non-alloy components. The calcination profile containing multiple temperature and duration steps was designed according to the thermal analyses applied to electrospun samples where all possible endothermic and exothermic phase transformations such as glass transition temperature, melting temperature and crystallization temperature were measured and analyzed with mathematical reaction kinetics. The crystallographic structure, elemental composition and morphological properties of the calcinated samples as well as removal of non-alloy components were determined with XRD, EDX, SEM and XPS. Additionally, physical and chemical properties such as absorption/swelling capacity, wettability, permeability and degradation rate were obtained as a part of characterization studies. In the final stage of the thesis, the cell-material interaction of the developed NGC candidate material was examined with MTT assay, haemocytometric counting and several staining/imaging techniques in terms of cell viability, attachment, proliferation and growth using fibroblast cell line. The physical, chemical and biocompatibility data obtained in this thesis showed that the fibrous magnesium based alloy-like compound fabricated with electrospinning could be a potential candidate for NGC applications.
Benzer Tezler
- Development of a composite guide for peripheral nerve regeneration
Periferik sinir rejenerayonu için komposit sinir tüpü geliştirilmesi
DAMLA ARSLANTUNALI
Doktora
İngilizce
2022
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇAĞDAŞ DEVRİM SON
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
- Poli(L-laktat/ε-kaprolakton) biyobozunur sinir kılavuz kanallarının üretimi
Production of poly(L-lactide/ε-caprolactone) biodegradable nerve guidance channels
DİLEK UZUNOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN BİŞKİN
- The effect of nanoscale surface topography on adhesion, proliferation and protein expression of neuronal cells
Nanoboyutlu yüzey pürüzlülüğünün nöral hücrelerin yapışmasına, çoğalmasına ve protein ekspresyonuna olan etkisinin incelenmesi
DİDEM MİMİROĞLU
Doktora
İngilizce
2022
BiyokimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TÜLİN YANIK
DOÇ. DR. BATUR ERCAN
- Preparation and characterization of biopolymeric nerve guides
Biyopolimerik sınır kılavuzlarının hazırlanması ve karakterizasyonu
YASEMİN BAYSAL
- Development of peptide nanomaterials for neural regeneration
Sinirsel rejenerasyon amaçlı peptit nanomalzemelerin geliştirilmesi
BÜŞRA MAMMADOV
Doktora
İngilizce
2015
Biyolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER