Composite boron doped hydroxyapatite-tricalcium phosphate/alginate/gelatin hydrogel coating on titanium implants: Osseointegration and immunomodulation study
Kompozit bor ile katkılandırılmış hidroksiapatit-trikalsiyum fosfat/aljinat/jelatin hidrojel ile titanyum implantların kaplaması: Osseoentegrasyon ve immünomodulasyon çalışması
- Tez No: 748678
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞEN TEZCANER, PROF. DR. ZAFER EVİS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 239
Özet
Başarılı bir kemik dokusu-implant ara fazı kalıcı olarak yerleştirilecek Ti-6Al-4V implantın (Ti) etkin bir şekilde fonksiyon göstermesi için çok büyük bir önem taşımaktadır. Bu şekilde, güçlü bir ara faz mikrohareketlenmeleri, doku sürtünmesini ve gevşemeyi azaltabilir. Bu çalışmada Ti üzerine bor ile katkılandırılmış hidroksiapatit yüklü aljinat/jelatin hidrojel kaplaması osteoindüksiyonu, damarlaşmayı ve immünomodülasyonu tetikleyerek kemik entegrasyonunu sağlaması amacıyla üretilmiştir. İlk olarak, tekrarlanabilir bir şekilde, ucuz ve zamandan tassarruf sağlayarak bor katkılı hidroksiapatit/trikalsiyum fosfat (BHT) üretimi gerçekleştirilmiş ve belirgin ölçüde daha yüksek osteojenik ve anjiyojenik olgunlaşmayı sağladığı ve hafif immün reaksiyon verdiği görülmüştür. BHT'nin kemik doku mühendisliği alanındaki potansiyeli ispatlandıktan sonra biyofonksiyonel köprü oluşturması amacıyla Ti üzerine ekstraselüler matrisi taklit eden boşluk doldurucu A/G/BHT katmanı kaplanmıştır. Ti yüzeyi 3-Aminopropil etoksisilan ile aminosilanize edilmiş ve ardından %0.25 aljinatın 20 mM 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) ve N-hydroxysuccinimide (NHS) ile kaplanarak A/G/BHT pre-jelinin yüzeyde homojen dağılması ve kovalent baş ile yüzeye bağlanması sağlanmıştır. Pre-jel içerisine 0.2 M sodyum klorür eklenerek BHT'in iyonik çapraz bağlama yapmadan yapı içerisinde karışması sağlanmıştır. Sonrasında kaplanan implantlar dondurularak kurutulmuştur. Ara faz kaplaması oda sıcaklığı ve normal nem altında yüksek kohezif ve adesif güç ile yüzeye bağlandığını ve 8 aylık raf ömrü olduğunu göstermiştir. Osteoblast ve endotel hücrelerinin A/G/BHT üzerinde büyüdüğü ve hem osteojenik hem de anjiyojenik potansiyelin artırıldığı görülmüştür. Ek olarak, A/G/BHT'nin akut immün tepkiye yol açtıktan sonra iyileşme gösterdiği tespit edilmiştir. A/G/BHT'nin 2 ay içerisinde güçlü bir osseoentegrasyon sağladığı tavşan femur osteokondral modeli ile tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
A successful bridging and osseointegration of Ti-6Al-4V implant (Ti) at the defect site are strongly dependent on the effectiveness of the interphase. Achieving such a robust interface could diminish micromovements, shearing on the defected bone and loosening over time. Here, a boron doped hydroxyapatite (A/G/BHT) loaded alginate/gelatin-based (A/G) hydrogel coating on Ti was produced to support bone integration through prompting osteoinduction, vascularization and immunomodulation. Initially, highly reproducible, cheap and time-effective BHT was produced and it significantly promoted higher osteogenic and angiogenic maturation while a mild innate immune response was obtained. Proving the bone tissue engineering (BTE) potential of BHT, a gap-filling A/G/BHT layer was fabricated on Ti to mimic bone extracellular matrix to establish biofunctional bridge. Ti surface was aminosilanized the implant surface by 3-Aminopropyl ethoxysilane (APTES), then coated implant surface with 0.25% w/v alginate with 20 mM 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and N-hydroxysuccinimide (NHS) to allow A/G/BHT pre-gel to disperse homogeneously and covalently attach on the surface. The pre-gel was added 0.2 M sodium chloride (NaCl) to blend BHT in the structure without inducing ionic crosslinking. Then, coated implants were freeze-dried. The interphase layer demonstrated high cohesive and adhesive strength (A/G/BHT as 2.66 N compared to A/G 1.72 N), 8 month-long shelf-life at room temperature and normal humidity. Osteoblasts and endothelial cells thrived on A/G/BHT, which allowed improved osteogenic and angiogenic activity. Moreover, A/G/BHT generated an acute increase in immune response that could be resolved rapidly. Finally, A/G/BHT was shown to induce robust integration of the implant in rabbit femur osteochondral model within 2 months.
Benzer Tezler
- Bor oksit katkılı somon kalsiyum fosfat esaslı biyoseramik kompozitlerin özellikleri ve karakterizasyonu
Properties and characterization of boron oxide doped salmon calcium phosphate based bioceramic composites
MERVE BAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyomühendislikYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİBEL DAĞLILAR
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEVRİYE KALKANDELEN
- 3-dimensional boron-doped hydroxyapatite/baghdadite porous scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliği için 3-boyutlu boron katkılı hidroksiapatit/bağdadit gözenekli iskeleler
HOSSEIN JODATI
Doktora
İngilizce
2023
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER EVİS
PROF. DR. VOLKAN ŞAHİN
- Boron nitride/zinc doped hydroxyapatite/polycaprolactone composite scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliği için bor nitrür/çinko katkılı hidroksiapatit/polikaprolakton kompozit iskeleler
EMİNE AYŞE TURHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER EVİS
PROF. DR. AYŞEN TEZCANER
- Püskürtmeli kurutma ve termal bozunma prosesleri ile ZnO esaslı partiküllerin ve kompozit yapıların sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Characterization and synthesis of ZnO based particles and composite structures via spray drying and thermal decomposition processes
ŞEYMA DUMAN
Doktora
İngilizce
2016
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
- Development of a bioactive glass-ceramic co-doped with lanthanum and boron and its biological in vitro studies for bone regeneration applications
Lantan ve bor katkılı biyoaktif cam seramik geliştirilmesi ve kemik rejenerasyonu uygulamaları için in-vitro biyolojik çalışmaları
RIHAB BADRADDIN SHUKUR AL-AKASHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriKarabük ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAN KOÇ