Kıkırdak doku mühendisliği için nanopartikül / hidrojel bazlı kompozit yapıların geliştirilmesi
Development of nanoparticle / hydrogel based composite structures for cartilage tissue engineering
- Tez No: 689595
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEMED DUMAN, PROF. DR. HALİL MURAT AYDIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Nanopartiküller benzersiz biyofiziksel ve kimyasal özelliklere sahip biyoaktif yapılardır ve doku mühendisliği uygulamalarının gelecekteki gelişimi için büyük umut vaad etmektedirler. Bu çalışmanın amacı, kondrojenik farklılaşmayı arttırmak için aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanopartikülleri ile fonksiyonlaştırılmış jelatin metakrilat (GelMA) hidrojel iskelesini geliştirmektir. İlk olarak, kitosan ve aljinat biyopolimerleriyle çekirdek-kabuk nanopartiküler sentezlenmiştir. Nano ölçekte monodispers aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanopartiküllerini elde etmek için farklı hazırlama koşulları uygulanmıştır. Modifiye edilmiş protokol ile hazırlanan monodispers aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanoparçacıklarının boyutları 60 ± 3 nm olarak ölçülmüştür. İkili nanopartiküler salım sisteminin oluşturulmasında büyüme faktörlerinin (transforme edici büyüme faktörü beta-1 (TGF β-1) ve insülin benzeri büyüme faktörü-1 (IGF-1)) optimum yükleme verimliliklerini ve salım profillerini elde etmek için farklı hazırlama koşulları uygulanmıştır. Seçilen hazırlama koşullarına göre, TGF β-1 ve IGF-1'in yükleme verimlilikleri sırasıyla % 93.34 ± 0.51 ve 91.92 ± 0.22'dir. 21 günlük salım profilleri sonuçları değerlendirildiğinde, TGF β-1 ve IGF-1 miktarları sırasıyla 15.86 ± 0.30 ve 28.71 ± 2.27 ng/mL ölçülmüştür. Daha sonra fotopolimerizasyon yöntemi ile GelMA hidrojelleri sentezlenmiştir. Hazırlanan nanopartiküller ve yağ dokusu kökenli mezenkimal kök hücreler GelMA hidrojellerine kapsüllenmiştir ve in vitro olarak 3 hafta inkübe edilmiştir. Hidrojelin ve yüklü ve yüksüz çekirdek-kabuk nanopartiküller enkapsüle edilmiş hidrojellerin yağ dokusu kökenli mezenkimal kök hücrelerin kondrogenezi üzerindeki etkileri biyokimyasal ve histolojik analizler ile değerlendirilmiştir. Kimyasal etmenler (kondrojenik ortam) varlığında, hidrojel içindeki TGF β-1 ve IGF-1 yüklü nanopartiküller içeren gruptaki DNA içeriği, 21. günde nanopartikül olan gruplarda olmayan gruplara kıyasla sırasıyla 1.71 ve 5.98 kat artmıştır. Öte yandan, kimyasal etmenler ve nanopartiküller içeren grupta glikozaminoglikan (GAG) üretiminin (573.60 ± 1.60 µg/numune) önemli ölçüde indüklendiği belirlenmiştir. Biyokimyasal analizlere ek olarak, GAG ve Tip-II kolajen boyama gibi histolojik analizler de kimyasal ve biyofiziksel etmenlerin uygulanmasının GAG ve Tip-II kolajen birikimlerini artırmış olduğunu göstermiştir. Özetle, nanopartiküllerle işlevselleştirilmiş hidrojel iskelesi, kıkırdak oluşumu için uygun bir ortam sağlamıştır ve böylece kıkırdak doku mühendisliği uygulamaları için umut verici bir yapı olmaktadır.
Özet (Çeviri)
Bioactive structures with unique biophysical and chemical properties of nanoparticles give great hope for the future development of tissue engineering applications. The purpose of this study to develop gelatin methacrylate (GelMA) hydrogel scaffold, functionalized with alginate-chitosan core-shell nanoparticles to enhance chondrogenic differentiation. Firstly, core-shell nanoparticles were synthesized with chitosan and alginate biopolymers. Different preparation conditions were applied to achieve monodisperse alginate- chitosan core-shell nanoparticles at nanoscale. Monodisperse alginate-chitosan core-shell nanoparticles which were prepared by modified protocol were measured to be 60 ± 3 nm. Different preparation conditions were applied to obtain optimum loading efficiencies and release profiles of growth factors (transforming growth factor beta-1 (TGF β-1) and insulin like growth factor-1 (IGF-1)) in the formation of the dual nanoparticular release system. According to the chosen preparation condition, the loading efficiency of TGF β-1 and IGF-1 was 93.34 ± 0.51 and 91.92 ± 0.22%, respectively. When the 21 days release profile results were evaluated, the amounts of TGF β-1 and IGF-1 were measured as 15.86 ± 0.30 and 28.71 ± 2.27 ng/mL, respectively. Then, GelMA hydrogels were synthesized by photopolymerization method. The prepared nanoparticles and adipose tissue derived mesenchymal stem cells were encapsulated into GelMA hydrogels and incubated in vitro for 3 weeks. The effects of hydrogel, loaded and unloaded core-shell nanoparticles encapsulated hydrogels were evaluated by biochemical and histological analysis on chondrogenesis of adipose tissue derived mesenchymal stem cells. In the presence of chemical cues (chondrogenic medium), the content of DNA in the group containing TGF β-1 and IGF-1 loaded nanoparticles in hydrogel increased by 1.71 and 5.98 times, respectively, compared to the groups with and without nanoparticles on day 21. On the other hand, it was determined that glycosaminoglycan (GAG) production (573.60 ± 1.60 µg/sample) was significantly induced in the group containing both chemical cues and nanoparticles. In addition to biochemical assays, histological analyzes such as GAG and Type-II collagen staining also showed that the application of chemical and biophysical cues were increased GAG and Type-II collagen depositions. In summary, hydrogel scaffold functionalized with nanoparticles successfully occurred suitable environment for cartilage formation and thus it is a promising construct for cartilage tissue engineering applications.
Benzer Tezler
- 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
2021
BiyomühendislikEge ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM YEŞİL ÇELİKTAŞ
- Development and characterization of injectable alginate/sericin/chondroitin sulphate microspheres for cartilage tissue engineering
Kıkırdak doku mühendisliği için aljinat/serisin/kondroitin sülfat mikrotaşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
NİL GÖL BERKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİLEK KESKİN
- Usage of hyaluronic acid - chitosan coacervates for cartilage tissue engineering
Hiyalüronik asit – kitosan koaservatlarının kıkırdak doku mühendisliği için kullanımı
ÖZGE ACAR
Doktora
İngilizce
2017
BiyomühendislikYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAMZE KOSE
- Kıkırdak doku onarımı için hiyalüronik asit temelli yapı iskelelerinin geliştirilmesi ve hücre kültürlerinde kullanımı
Preparation of hyaluronic acid-based-scaffolds for cartilage tissue repair and their use in cell cultures
BERMALİ DEMİRDÖGEN
- Usage of bacterial cellulose-collagen scaffolds incorporating IGF-I and TGFB-1 genes for cartilage regeneration
Kıkırdak yenilenmesi için IGF-I ve TGFB-1 genleri yüklenmiş bakteri kaynaklı seluloz-kollajen doku iskelelerinin kullanılması
SEÇİL DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
BiyomühendislikYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAMZE KÖSE
PROF. DR. FİKRETTİN ŞAHİN
PROF. DR. AYTEN KARATAŞ