Piezoelectric effects of ultrasound stimulated nanomaterials on human osteoblast cells
Ultrason uyarımlı nanomalzemelerin insan osteoblast hücreleri üzerindeki piezoelektrik etkileri
- Tez No: 821536
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FERAY BAKAN MISIRLIOĞLU, DR. HÜLYA YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biyomühendislik, Biotechnology, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Kemik ve kemikler, Osteoblastlar, Ultrases dalgaları, Bone and bones, Osteoblasts, Ultrasound waves
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji, Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kemik dokusunun kendisi, osteoblast farklılaşmasını, göçünü ve kemik rejenerasyonunu etkili bir şekilde teşvik ederek mekanik stresi elektrik potansiyeline dönüştüren doğal piezoelektriğe sahiptir. Kemik doku mühendisliğinde kullanılacak bir piezoelektrik malzemenin, kemik adaptasyonu ve yeniden şekillenme süreçlerinde önemli rolü olan iyi bir mekanik-elektrik bağlantısına sahip olması gerekir. Kemiğin yeniden şekillenmesi, büyüdükçe doku bütünlüğünü ve mekanik özelliklerini desteklemek için kemiğe etki eden osteoblastik ve osteoklastik hücreler tarafından tetiklenir. Kemiğin doğal piezoelektrik özelliği, belirli kırıkları veya hasarları onarmak için yeterli olmayabilir. Bu nedenle kemiğin yeniden şekillenmesi ve rejenerasyonunun piezoelektrik bir malzeme ile desteklenmesi bir çözüm olabilir. Nanomalzemeler (NM'ler) arasında, altıgen bor nitrürler (hBN'ler) ve baryum titanat (BaTiO3), biyomekanikte uygulanma potansiyeli olan piezoelektrik özelliklere sahiptir. Bu çalışmada, biyouyumlu ve piezoelektrik hBN'ler ve BaTiO3'ün İnsan Osteoblast (HOb) hücreleri üzerindeki etkisi ultrason (US) maruziyeti altında araştırıldı. İlk olarak, hBN'ler Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) ile sentezlendi ve satın alınan BaTiO3 ile birlikte spektroskopik ve görüntüleme teknikleri ile karakterize edildi. Daha sonra, hBN'lerin ve BaTiO3'ün piezoelektrik özellikleri, Piezotepki Kuvveti Mikroskobu (PRFM) kullanılarak araştırıldı. Bu NM'lere maruz kaldıktan sonra HOb hücrelerinin alımı, canlılığı, Reaktif Oksijen Türleri (ROS) üretimi, göçü ve mineralizasyonu, US maruziyetinin varlığında ve yokluğunda karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Sonuçlar, NM'lerin test edilen tüm konsantrasyonlarda sitotoksik olmadığını ve hücre proliferasyonunu arttırdığını gösterdi. Öte yandan, US'ye maruz kalan hBN'lerle tedavi edilen hücrelerin migrasyon yeteneği ve oluşan kalsiyum birikintileri arttı. Bu, bu piezoelektrik NM'lerin kullanımının kemik dokusu rejenerasyonunu hızlandırma ve kemik kırıklarında kemik iyileşmesini destekleme potansiyeline sahip olduğunu gösterebilir. Ancak, bu tür uygulamalarda kullanılıp kullanılamayacağını tam olarak anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Özet (Çeviri)
Bone tissue itself has inherent piezoelectricity, which transforms mechanical stress into an electrical potential by effectively promoting osteoblast differentiation, migration, and bone regeneration. A piezoelectric material to be used in bone tissue engineering should have good mechanical-electrical coupling, which has an important role in bone adaptation and remodeling processes. The bone remodeling is triggered by osteoblastic and osteoclastic cells, which act on the bone to ensure the support of its tissue integrity and mechanical properties as it grows. The inherent piezoelectricity of bone may not be enough to repair certain fractures or damages. Thus, supporting bone remodeling and regeneration with a piezoelectric material can be a solution. Among the nanomaterials (NMs), hexagonal boron nitrides (hBNs) and barium titanate (BaTiO3) possess piezoelectric properties with a potential to be applied in biomechanics. In this study, the impact of biocompatible and piezoelectric hBNs and BaTiO3 on Human Osteoblast (HOb) cells was investigated under ultra-sound (US) exposure. First, hBNs was synthesized with the Chemical Vapor Deposition (CVD) and characterized with spectroscopic and imaging techniques along with purchased BaTiO3. Then, the piezoelectric properties of hBNs and BaTiO3 were investigated using piezoresponse force microscopy (PRFM). The uptake, viability, Reactive Oxygen Species (ROS) generation, migration, and mineralization of HOb cells upon exposure to these NMs were comparatively investigated in the absence and presence of US exposure. The results showed that the NMs were not cytotoxic at all tested concentrations and increased cell proliferation. On the other hand, the migration ability and formed calcium deposits of the cells treated with hBNs exposed to the US was increased. This may indicate that the use of these piezoelectric NMs have the potential to accelerate bone tissue regeneration and promote bone healing in bone fractures. However, further investigation is needed to fully understand whether can be used in such applications.
Benzer Tezler
- Ultrasound stimulated hexagonal boron nitrides as cancer drug nanocarriers
Kanser ilaç nanotaşıyıcıları olarak ultrases ile uyarılmış hegzagonal bor nitrürler
NİLAY ÇİÇEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMoleküler Biyoloji, Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAZİLET VARDAR
DR. HÜLYA YILMAZ
- Modeling and simulation of ultrasonic backscattering effects as intrabody communication application based on PMUT arrays
Başlık çevirisi yok
KUBİLAY KAAN BAHÇECİ
- Sistem parametrelerinin ultrasonik medikal görüntüler üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Analysis of the system parameters effects on medical ultrasound images
GERÇEK SUNMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNCİ ÇİLESİZ
- Piezoelektrik dönüştürücülerin geometrilerine ve frekanslarına göre ultrasonik alan etkilerinin karakterize edilmesi
Characterization of ultrasonic field effects depending on the geometries and frequencies of piezoelectric transducers
MİTHAT ÖZDİNGİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriKocaeli ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS EMRE ERDEMLİ
- Hastane enfeksiyonlarına neden olan bakterilere karşı kalkojen temelli nanoparçacıkların çok fonksiyonlu katalitik antibakteriyel etkilerinin incelenmesi
Investigation of multifunctional catalytic antibacterial effects of chalcogen-based nanoparticles against bacteria caused hospital infections
ALAA KAMO
Doktora
Türkçe
2026
Mühendislik BilimleriKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM ATEŞ SÖNMEZOĞLU