Smart ph and thermosensitive injectable hydrogels: Chitosan – hydroxyapatite – heparin based functionalised biomaterials for bone regeneration
Akıllı, pH ve sıcaklığa duyarlı, enjekte edilebilir hidrojeller: Kemik yenilenmesi için kitosan – hidroksiapatit – heparin bazlı fonksiyonel biyomalzemeler
- Tez No: 726033
- Danışmanlar: PROF. IHTESHAM UR REHMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: anjiyojenez, biyoaktivite, biyobozunurluk, biyomineralleşme, heparin, hidroksiapatit, hidrojeller, ilaç salınımı, kemik rejenerasyonu, kitosan, pH ve sıcaklığa duyarlı - enjekte edilebilir hidrojeller, minimal invaziv cerrahi, vaskulojenez
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Lancaster University
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Doku Mühendisliği Anabilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 375
Özet
Sert ve yumuşak doku onarımı ve yenilenmesi sık tekrarlı klinik cerrahi müdahaleleri gerektirir. Ayrıca, kemik rejenerasyonunda, temel problem yetersiz damarlanmadır. Bu sebeple, yeni nesil biyomalzemeler arasında, minimal invaziv teknikler ile uygulanabilen, enjekte edilebilen uyaran duyarlı-yerinde oluşan ve biyoaktif ajanlar ile anjiyojenezi teşvik eden hidrojeller oldukça dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, pH ve sıcaklığa karşı hassas, enjekte edilebilir yeni hidrojel kompozisyonlari geliştirilmiştir. Hidroksiapatit(HA) ile entegre edilmiş, kitosan (CS) matrisli hidrojeller, heparin(Hep) ile fonksiyonelleştirilerek, sodyum bikarbonat(NaHCO3) ile nötralize edilmiştir. Biyoaktif CS/HA/Hep hidrojellerin dokular ile güçlü bir kimyasal bağ oluşturması ve heparinin, fizyolojik anjiyojenik büyüme faktörlerini bağlama kapasitesi sayesinde, hidrojellerin damar ağı oluşumunu ve kemik yenilenmesini teşvik etmesi amaçlanır. Çeşitli hidrojel kompozisyonları üretilerek optimizasyonları gerçekleştirilmiştir. Hidrojellerin enjekte edilebilirlik, jelleşme, reoloji, biyobozunabilirlik, biyoaktiflik, biyouyumluluk ve anjiyojenez özellikleri incelenmiştir. Hidrojel kompozisyonlari, 21-gauge minimum iğne kalınlığı ile manuel enjeksiyona ve ortalama vücut sıcaklığında(37°C) hızlı jelleşmeye elverişli bulunmuştur. Modifiye edilen solüsyonlarda pH etkisiyle, hızla jelleşmeye başlayan(2-3 dk.) mekanik dayanımın arttırıldığı, geçmeli çapraz-bağlı hidrojeller oluşturmuştur. Hidrojellerin biyoaktifliği yapay vücut sıvısında, karbonatlı-apatit mineralleşme kapasitesiyle doğrulamıştır. Aşamalı biyobozunma gösteren hidrojeller, kemik hücreleri ile biyouyumlu bulunmuştur. CS/HA/Hep hidrojeller, civciv embriyo-CAM modelinde mükemmel pro-anjiyojenik performans sergilemiştir. Vücut sıcaklığında yerinde oluşan CS/HA/Hep hidrojeller, kemik yenilenmesi, tedavisi ve ilaç salınım uygulamalarında muazzam klinik potansiyele sahiptir.
Özet (Çeviri)
Hard and soft tissue repair and regeneration require multiple surgical interventions, as very often-repeated clinical procedures are required. In addition, insufficient vascularisation remains as the main challenge for bone repair and regeneration. Therefore, bone regeneration via minimal invasive biomaterials promoting angiogenesis by bioactive agents are very much considered at present. Hereof, among new generation biomaterials, in-situ forming stimuli responsive injectable hydrogels have been of interest both in clinical and non-clinical communities. In this study, novel pH and thermosensitive in-situ formed injectable hydrogel compositions were developed by a heparin (Hep) functionalised chitosan (CS) polymer matrix integrated with a nonsintered hydroxyapatite (HA) system neutralised with sodium bicarbonate (NaHCO3). Due to designed bioactive features, CS/HA/Hep hydrogels are desired to ensure strong chemical anchorage and biological bridging by promoting vascular network formation at bone tissue defects due to the potential binding capacity of Hep for endogenous angiogenic growth factors and proteins. The production and optimisation of hydrogel compositions and their modification for pre-sterile synthesis technique with glycerol additive for enhancing mechanical properties meanwhile were investigated. The versatile properties of hydrogels were investigated for many aspects, such as injectability, gelation, rheology, mechanical properties, degradability, bioactivity, biocompatibility and angiogenesis. Hydrogel compositions showed facile injectability allowing suitable manual injection by 21 gauge (G) minimum needle thickness, and fast gelation at average body temperature (37 °C). In modified hydrogels, slight pH increment at solutions above 6.4 provided interpenetrating cross-linked morphology starting gelation in 2-3 minutes with enhanced elasticity, and mechanical strength. Hydrogels showed great bioactivity confirmed in Simulated Body Fluid (SBF) by forming mineralised carbonated apatite layer. The gradual hydrogel degradation was confirmed over 6-weeks up to 60% and 70% in PBS and Lysozyme-PBS media respectively. All developed hydrogels were cytocompatible and ensured proliferation of osteoblast-like cells. Optimal CS/HA/Hep hydrogel compositions showed excellent pro-angiogenic capacity in ex-ovo chick embryo's CAM model. Novel tuneable injectable pH and thermosensitive hydrogels (CS/HA/Hep) have tremendous clinical potential for minimal invasive surgery for bone repair and regeneration and targeted drug delivery applications.
Benzer Tezler
- Smart ph and thermosensitive injectable hydrogels:chitosan – hydroxyapatite – heparin basedfunctionalised biomaterials for bone regeneration
Başlık çevirisi yok
FATMA ZEHRA KOCAK
- Development of a thermosensitive drug delivery system by raft controlled polymerization
Raft kontrollü polimerizasyon ile ısıya duyarlı ilaç taşıyıcı sisteminin geliştirilmesi
GİZEM NUR ÖNGEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimya MühendisliğiMarmara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESLİHAN ALEMDAR YAYLA
- Isıya ve pH'A duyarlı akıllı tekstillerin geliştirilmesi
Development of thermo-responsive and pH sensetive smart textiles
SENA DEMİRBAĞ GENÇ
Doktora
Türkçe
2019
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SENNUR ALAY AKSOY
- Sıcaklık ve pH duyarlı polimerik sistemlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of temperature and pH-sensitivepolymeric systems
İSMAİL KUTLUGÜN AKBAY
Doktora
Türkçe
2020
Polimer Bilim ve TeknolojisiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TONGUÇ ÖZDEMİR
- Hesperidin yüklü pH ve sıcaklık duyarlı akıllı nanopartiküllerin meme kanseri üzerine etkisi
Effect of hesperidin loaded pH and temperature sensitive smart nanoparticles on breast cancer
EBRU KÜÇÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyokimyaMersin ÜniversitesiEczacılık Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERAP YALIN
DOÇ. DR. METİN YILDIRIM