Developing peptide modified novel bioactive materials for bone tissue engineering applications
Kemik doku mühendisliği uygulamaları için peptit ile modifiye edilmiş özgün biyoaktif malzemelerin geliştirilmesi
- Tez No: 671935
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OZAN KARAMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 200
Özet
Kemik doku mühendisliğinde, hücre dışı matris (HDM) benzeri peptitler kullanılarak biyolojik tanıma yoluyla belirli bir hücresel yanıt ve kemik dokusu oluşturabilen biyobenzer yapı iskeleleri geliştirilebilir. Bu tezin ana odak noktası, kemik dokusu mühendisliği için yapı iskeleleri tasarlamak üzere peptit ile modifiye edilmiş yeni bir biyobenzer yaklaşımın geliştirilmesidir. İlk bölümde, elektro-eğirme yöntemi ile üretilmiş poli (laktid-ko-glikolid) (PLGA) NF (nanofiber) yapı iskelelerinin yüzeyi, daha fazla karboksilik grup oluşturmak ve glutamik asit (GLU) peptit konjugasyonunu artırarak NF'lerin biyomineralizasyonunu artırmak üzere soğuk atmosferik plazma (SAP) ile modifiye edilmiştir. SAP ile muamele edilmiş ve GLU peptit konjuge NF'lerin mineralizasyonu, yüzey pürüzlülüğü ve ıslanabilirliği ve insan mezenkimal kök hücreleri (hMSC) proliferasyonu üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuç olarak, SAP muamelesi biyofonksiyonel peptit konjugasyonunu ve biyomineralizasyonu indüklemiştir. İkinci bölümde, kısa biyoaktif motifli O1 (EEGGC) ve O2 (EEEEE) ile KLD (KLDLKLDLKLDL) kendiliğinden yapılanan peptiti (KYP) entegre edilerek, farklı konsantrasyonlarda (% 0,5, % 1 ve % 2) kendiliğinden yapılan hidrojeller elde edilmiştir. Kemik kusurlarına enjekte edilebilen KYP hidrojellerinin osteogenezi ve biyomineralizasyonu KLD iskelesi ile karşılaştırıldığında, tasarlanan biyoaktif peptit iskelelerinin, gerçek zamanlı PCR ve immünofloresan analizi ile belirlenen temel osteojenik belirteçlerin ekspresyon seviyelerini önemli ölçüde desteklediğini bulunmuştur. Üçüncü bölümde, hızlı bir vasküler yapı oluşumuna izin veren ve KLD KYP hidrojeline entegre edilen IKVAV (V1) ve YIGSR (V2) biyoaktif peptitlerin in vitro vaskülarizasyon üzerindeki etkinliğini belirleyen biyomimetik KYP hidrojellerinin geliştirmesi hedeflenmiştir. KLD-V1 ve KLD-V2 olmak üzere iki KYP hidrojel, %0.5 ve %1 konsantrasyonlarda tasarlanmış ve üretilmiştir. hMSC/HUVEC ortak kültürünün çoğalması, KLD'ye laminin türevli peptitlerin eklenmesiyle artmıştır. Sırasıyla PECAM, vWf ve Ve-cadherin proteinlerini ve gen ekspresyonunu analiz etmek için immünofloresan boyama ve RT-qPCR yapılmıştır. Laminin türevli peptit modifiye KYP hidrojeller, vaskülojenez potansiyelini geliştirmiştir. KLD-V2, KLD-V1'e kıyasla proliferasyonu ve vaskülarizasyonu keskin bir şekilde artırmıştır. Dördüncü bölümde, dental implantların osseointegrasyonuna yönelik KYP hidrojelleri ile hem kemik dokusu hem de damar oluşumunu indükleyebilen ve enjeksiyon yoluyla defekt şeklini alabilen çok işlevli yeni bir iskele geliştirilmiştir. Dental implant osseointegrasyonunda çok fonksiyonlu KYP hidrojel kullanımının etkinliği in-vivo çalışmanın hemen ardından rezonans frekans analizi, ters tork ile belirlenmiştir. Enjekte edilebilir çok işlevli iskeleler, dental implant osseointegrasyonunu hızlandırmıştır. Son bölümde, kemik defektleri için in vitro osteojenik ve vaskülojenik farklılaşmayı destekleyebilen vaskülojenik epitop (YIGSR) ile güçlendirilmiş KYP hidrojelleri ile GLU peptit konjuge kök hücre yüklü elektrospun NF'ler kullanılarak vaskülarize bir kemik doku modeli önerilmiştir. Fiziksel karakterizasyonlardan sonra, osteojenik farklılaşma DNA kantifikasyonu, kalsiyum ve ALP testi, q-PCR, immünofloresan boyama ve vaskülojenik farklılaşma, q-PCR ve immünofloresan boyama yapılarak değerlendirilmiştir. Geliştirilen kemik modelinin osteojenik ve vaskülojenik farklılaşmayı önemli ölçüde arttırdığı gösterilmiştir. Genel olarak, bu tezdeki bulgular, kök hücre bazlı kemik onarımını ve rejenerasyonunu desteklemek için biyofonksiyonelleştirilmiş biyomateryallerin daha fazla optimizasyonuna yardımcı olacaktır. Ayrıca, bu tür bulguların, araştırmacıların kemik iyileşme süreçlerini iyileştirmek için kliniğe çevrilecek daha iyi biyomimetik yapı iskeleleri tasarlamalarına yardımcı olacağına inanılmaktadır.
Özet (Çeviri)
In bone tissue engineering, biomimetic scaffolds that can generate a specific cellular response and form bone tissue through biological recognition can be developed by using extracellular matrix (ECM) mimetic peptides. The main focus of this dissertation is the development of a peptide-modified novel biomimetic approach to design scaffolds for bone tissue engineering. In the first part, the surface of electrospun poly (lactide-co-glycolide) (PLGA) scaffolds was modified with cold atmospheric plasma (CAP) to induce more carboxylic groups and increase the biomineralization of NFs by increase glutamic acid (GLU) peptide conjugation. Mineralization, surface roughness, and wettability of CAP treated and GLU peptide conjugated NFs and the effect of surface modification on human mesenchymal stem cells (hMSC) proliferation were investigated. Consequently, CAP treatment-induced bio-functional peptide conjugation and biomineralization. In the second part, KLD (KLDLKLDLKLDL) self-assembled peptide (SAP) hydrogels with short bioactive motif O1 (EEGGC) and O2 (EEEEE) were self-assembled in different concentrations (0.5%, 1%, and 2%) to enhance osteogenesis and biomineralization of injectable SAP hydrogels with the capability of being injected to bone defects. Compared to the KLD scaffold, we found that these designed bioactive peptide scaffolds significantly promoted key osteogenic markers expression levels determined by real-time PCR and immunofluorescence analysis. In the third part, we aimed to develop biomimetic SAP hydrogels that allow the rapid formation of a vascular structure and determine the efficacy of IKVAV (V1) and YIGSR (V2) bioactive peptides integrated KLD SAP hydrogel on in vitro vascularization. Two SAP hydrogels which are KLD-V1 and KLD-V2 were designed and produced at 0.5% and 1% concentrations. The proliferation of hMSC/HUVEC co-culture increased with the addition of laminin-derived peptides to KLD. The immunofluorescent staining and RT-qPCR were performed to analyze PECAM, vWf, and Ve-cadherin proteins and gene expression, respectively. Laminin-derived peptide-functionalized SAP improved the vasculogenesis potential. KLD-V2 sharply increased proliferation and vascularization compared to KLD-V1. In the fourth part, a novel multifunctional scaffold that can induce both bone tissue and vascular formation and take the defect shape via injection was developed by SAP hydrogels for osseointegration of dental implants. The efficacy of using multi-functional SAP hydrogel on dental implant osseointegration was determined with resonance frequency analysis, reverse torque right after in-vivo study. Injectable multifunctional scaffolds accelerated dental implant osseointegration. In the last chapter, a vascularized bone tissue model by using GLU peptide conjugated stem cell-laden electrospun nanofibers reinforced SAP hydrogels with a vasculogenic epitope (YIGSR), which can support osteogenic and vasculogenic differentiation in vitro was proposed for bone defects. After physical characterizations, the osteogenic differentiation was evaluated by DNA quantification, calcium and ALP assay, q-PCR, immunofluorescent staining, and vasculogenic differentiation were evaluated by performing q-PCR and immunofluorescent staining. The developed bone model has been shown to significantly increase osteogenic and vasculogenic differentiation. Overall, the findings in this thesis will aid in further optimization of biofunctionalized biomaterials to support stem cell-based bone repair and regeneration. It is also believed that such findings will help researchers to design better biomimetic scaffolds to be translated into the clinic to improve bone healing processes.
Benzer Tezler
- Biyomodifikasyon yolu ile poliakrilonitril kumaşlara antimikrobiyal özellik kazandırılması
Development of antimicrobial polyacrylonitrile fabrics by biomodification
YAĞMUR KURT DEMİRTAŞ
- Prostat kanser hücrelerinin belirlenmesi için peptid tabanlı LnCaP biyosensör sisteminin geliştirilmesi
Developing peptide based LnCaP biosensor to determine prostate cancer cells
CEMREHAN FEDACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyokimyaEge ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASEMİN AKÇAY
- Plazmine karşı peptit inhibitörlerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of peptide inhibitors against plasmin
NURDAN ERSÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FAHRİYE CEYDA DUDAK ŞEKER
- Yeni tip 2 diyabet tanısı almış olup metformin tedavisi başlanmış hastalardaki dispepsinin tanı anındaki C-peptit ile ilişkisi
The relationship of developing dyspepsia in patients with a new diagnosis of type 2 diabetes and started on metformin treatment and C-peptide value at the time of diagnosis
CAHİT DİNCER
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2022
Endokrinoloji ve Metabolizma HastalıklarıSağlık Bilimleri Üniversitesiİç Hastalıkları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAPLAN
- Süne zararının tespiti için florometrik yöntem geliştirilmesi
Developing fluorometric method for detection of sunn pest damage
BEGÜM ZEYNEP HANÇERLİOĞULLARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FAHRİYE CEYDA DUDAK ŞEKER