Geri Dön

Kıkırdak doku mühendisliğinde kullanılmak üzere nanokompozit hidrojelin sentezlenmesi ve in vitro denemeleri

Nanocomposite hydrogel synthesis for cartilage tissue engineering along with in vitro studies

PDF İndir

  1. Tez No: 611378
  2. Yazar: PINAR TULUM
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ege Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 90

Özet

Bu tez çalışmasında kıkırdak doku mühendisliği kapsamında kullanılabilecek sert ve aynı zamanda elastik biyomalzeme üretmek için, Laponit XLS kili ile aljinat (Alg), akrilamit (PAAm) polimerleri kullanılarak nanokompozit hidrojeller sentezlenmiştir. Yüksek su tutma kapasitesine sahip olan hidrojeller doğal kıkırdak dokusunun taklit edilebilmesi için uygun birer biyomalzemedir. Fakat basma, çekme, bükülme gibi daima kompleks ve dinamik bir fizyolojik ortamda olan kıkırdak dokunun yüksek dayanıklılığı hidrojeller tarafından tam anlamıyla karşılanamamaktadır. Hidrojellerin kıkırdak doku mühendisliğindeki kullanımını kısıtlayan zayıf mekanik özelliğinin kil eklentisiyle arttırılması ve aynı zamanda biyolojik olarak fonksiyonelleştirilmesi de amaçlanmıştır. Kıkırdak doku mühendisliğinde kullanılması hedeflenen hidrojeller klasik optimizasyon yaklaşımı benimsenerek basma testi sonuçlarına göre optimize edilmiştir. In-situ serbest radikal polimerizasyon yöntemi ile sentezlenen hidrojellerin morfoloji ve kimyasal bileşimlerinin analizi ise sırasıyla taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve Foruier Transform infrared spektroskopisi (FTIR) ile yapılmıştır. Hidrojellerin şişme testi fosfat tuzu çözeltisi (PBS) içerisinde oda sıcaklığı ve in vitro bozunma tayini PBS içerisinde 37 oC'de inkübe edilerek yapılmıştır. Vücuda implante edilecek olan hidrojellerin sitotoksisitelerini belirlemek amacıyla standartlara uygun şekilde fare bağ doku fibroblast hücresi (L929), fare makrofaj hücresi (Rav 264.7), fare teratokarsinoma hücrelerinden farklılaştırılmış kondrojenik hücre hattı (ATDC5), insan fötal osteoblastik hücre hattı (HFOB) kullanılarak MTT testi ve dolaylı temas (agar difüzyon) testi yapılmıştır. Ek olarak üzerlerine ATDC5, HFOB hücre hatları ekilerek doku iskelesi olarak kullanılan hidrojeller; 37 oC'de, %5 CO2 içeren nemlendirilmiş atmosferde kültüre edilmiştir. İskelelerin hücre adezyonu, çoğalması üzerine etkileri ışık mikroskopisi, SEM ve belirlenmiş zaman aralıklarında yapılan MTT analizi ile incelenmiştir. Basma testi sonucuna göre, en yüksek basma modülü 152.81 kPa olarak %30 toplam polimer, %5 Laponit XLS içeren hidrojellerden elde edilmiştir. Buna eş olarak aynı konsantrasyonda polimer ile N,N-metilen-bis-akrilamid (MBAa) kullanırak PAAm-Alg hidrojeli sentezlenmiştir. PAAm-Alg hidrojelinin basma modülü ise 71.81 kPa olarak belirlenmiştir. SEM bulguları PAAm-Alg ve PAAm-Alg-XLS hidrojellerinin sırasıyla 50-100 nm ile 400-800 nm arasında değişen gözenek boyutlarına sahip olduğunu göstermiştir. FTIR spekturumları hidrojelleri oluşturan polimerleri yapısında bulundurduğunu göstermiştir. Hidrojellerin kültür koşulları altında stabil olduğu in vitro bozunma tayini ile ortaya konmuştur. Yapılan sitotoksisite çalışmaları sonucu PAAm-Alg-XLS hidrojelinin dört farklı hücre grubu üzerinde de %70 canlılık sınırı üzerinde seyrettiğinden dolayı PAAm-Alg hidrojellerine kıyasla daha yüksek biyouyumlu özellikler sergilediği belirlenmiştir. Doku iskelesi olarak kullanılan hidrojellere ekilen hücrelerin tutundukları ve yayıldıkları gözlemlenmiştir. Özellikle HFOB hücresinin proliferasyonunun Laponit eklentisiyle pozitif yönde indüklendiği belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre; Laponit XLS kullanılarak sentezlenen hidrojel, osteoartrit gibi kemiğin de zarar gördüğü ileri seviye kıkırdak doku hasarlarında kullanılabilecek bir biyomalzeme olarak değer taşımaktadır.

Özet (Çeviri)

In this thesis, nanocomposite hydrogels are synthesized by using Laponite XLS clay and alginate (Alg), polyacrylamide (PAAm) polymers in order to produce tough and elastic biomaterials that is used in cartilage tissue engineering. Hydrogels are suitable biomaterials for mimicking native cartilage tissue due to high water retention capacity. However, native cartilage is always under complex and dynamic physiological conditions such as compression, shear stresses. Therefore, serving the dynamic mechanical environment purpose by hydrogels are of prime importance. Yet, weak mechanical properties of hydrogels are still challenging in tissue engineering especially for load-bearing applications. The aim was to increase the weak mechanical properties of hydrogels with clay additive as well as the biological functionalization. The PAAm-Alg-XLS hydrogels are optimized according to the compression test results by adopting the classical optimization approach. The morphology and chemical composition of hydrogels are analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR), respectively. The swelling and in vitro degradation of hydrogels are determined by incubation in phosphate salt solution (PBS) at room temperature and 37 °C. To determine the cytotoxicity of hydrogels MTT and agar diffusion test are done with mouse fibroblast cell line (L929), mouse macrophage cell line (Rav 267.5), differentiated chondrogenic cell line from mouse teratocarcinoma (ATDC5) and human fetal osteoblastic cell (HFOB) lines. In addition, ATDC5, HFOB cell lines are seeded on hydrogels and cultured in a humidified atmosphere containing 5% CO2 at 37 °C. The adhesion and proliferation of the seeded cells on hydrogels are evaluated by light microscopy, SEM and MTT analysis. Compression test results revealed the highest compression modulus as 152.81 kPa, which was obtained from PAAm-Alg XLS hydrogel formulation with 30% total polymer, where 5% was Laponite XLS. Also, PAAm-Alg hydrogels containing same amount of polymer was synthesized traditionally with using N, N methylene-bis-acrylamide (MBAa) as a crosslinker instead of clay. The compression modulus of PAAm-Alg hydrogel was calculated as 71.81 kPa. SEM results showed PAAm-Alg and PAAm-Alg-XLS hydrogels exhibited pore sizes of 50-100 nm and 400-800nm, respectively. FTIR spectra proven the existence of polymers that form the structure of hydrogels. The in vitro degradation of hydrogels was stable under culture conditions. Cytotoxicity studies showed that PAAm-Alg-XLS hydrogel exhibited higher biocompatibility compared to PAAm-Alg hydrogels due to over 70% viability on four different cell lines. In particular, proliferation of HFOB cells was positively induced by Laponite addition. As for evaluating the hydrogel as a tissue scaffold, cells were observed to attach and spread on hydrogels providing a suitbale interface. According to these results, the hydrogel synthesized using Laponite XLS is of value as a biomaterial that can be used in advanced cartilage tissue damage such as osteoarthritis where bone is damaged.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    649073

    Nanocomposite scaffolds containing metal nanoparticles

    Metal nanotanecik içeren nanokompozit yapı iskeleleri

    AYŞEN AKTÜRK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER

    PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN

  2. Tez No

    364241

    Kıkırdak doku mühendisliğinde kullanılmak üzere mezenkimal kök hücreler ile poli (ɛ-kaprolakton) scaffold arasındaki etkileşimin incelenmesi ve 3d doku modelinin geliştirilmesi

    Investigation of interactions between mesenchymal stem cells-polycaprolactone (ɛ-caprolactone) scaffolds and improvement of 3d tissue model for the use of cartilage tissue engineering

    HİLAL TOPTAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    BiyomühendislikYıldız Teknik Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ADİL ALLAHVERDİYEV

  3. Tez No

    902078

    Kas-iskelet doku mühendisliğinde kullanılmak üzere farklı hayvanlardan çeşitli dokulardan elde edilen kollajen tiplerinin karakterizasyonları ve oranlarının araştırılması

    Characterization and investigation of ratios of collagen types obtained from various tissues from different animals for using in musculoskeletal tissue

    BAŞAK İNAN ACARBAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    BiyomühendislikDokuz Eylül Üniversitesi

    Biyomekanik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET KARAKAŞLI

  4. Tez No

    689932

    Kıkırdak doku mühendisliği için enjekte edilebilir ısı duyarlı hidrojel sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of thermosensitive hydrogel for cartilage tissue engineering

    BUSE DELİOĞULLARI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyomühendislikEge Üniversitesi

    Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ

  5. Tez No

    877541

    Applications of bacterial cellulose in hard tissue engineering

    Sert doku mühendisliğinde bakteriyel selülozun uygulamaları

    BEYZA TOPÇU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    BiyomühendislikMarmara Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OĞUZHAN GÜNDÜZ

    DR. ELİF İLHAN

Geri Dön