Biomimetic synthesis and characterization of calcium phosphate nanoparticles for regenerative medicine
Rejeneratif tıpta kalsiyum fosfat nanopartiküllerinin biyomimetik sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 872333
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET MURAT ÖZMEN, DR. SOFİA DEMBSKI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 88
Özet
Yaşlanma ve bazı ciddi kazalar sonucunda kemik dokusunun kendini onaramayacak kadar zarar görmesi sık görülen bir durumdur. Kalsiyum fosfat (CaP) kemiğin büyük bir kısmını oluşturduğundan, hasarlı kemik dokusunun iyileşmesine yardımcı olmak için implantlarda kullanımı oldukça yaygındır. Üretim ve işlevselleştirme kolaylığı, CaP'ın sentetik üretiminin önünü açmaktadır. Fizyolojik kemik iyileşmesi sürecinde, CaP mineralleri kolajen fibrillerde birikerek kemik dokusunun şekline göre kristalleşir. Ancak sentetik implantlardaki CaP'ların, hedef kemik dokusunun kolajenleri ile etkileşime girmeden önce zaten yeterli boyuta ulaşıp kristalleşmiş olmaları, hedef dokunun kolajen yapısına göre birikip şeklini taklit edememeleri ile sonuçlanmaktadır. Bu da sentetik CaP implantları ile hedef kemik dokusu arasında uyumluluk sorunlarına yol açmaktadır. Bu sorunun üstesinden gelebilmek amacıyla, bu tezde fizyolojik CaP üretimi takip edildi ve kemik dokusundaki kolajenlerle etkileşime girerek CaP üretimini sağlayan hücre dışı keseciklerin (EV'ler) insan osteoblast hücrelerinden izolasyonu sağlandı. Elde edilen EV'ler daha sonra sentetik kolajen fiberler ile birleştirilerek jeller oluşturuldu ve inkübasyon yoluyla jellerin CaP nanopartikül (NP) üretim potansiyelleri araştırıldı. Son olarak, bu tezin özgün bir yönü olarak, kolajen, EV'ler ve insan osteoblast hücreleri kullanılarak yenilikçi bir şekilde yapay bir kemik matrisi hazırlandı. Sonrasında bu kemik matrisinden 3 boyutlu biyoyazıcı yardımıyla kemik benzeri numuneler üretildi. Bu çalışmanın amacı EV'lerin kemik benzeri numunelerde biyomimetik bir şekilde CaP üretme yeteneğini araştırmak olduğundan, biyoyazıcı ile oluşturulmuş numuneler 4 hafta boyunca inkübe edildi ve CaP üretimi açısından test edildi. Sentezlenen EV´ler ve CaP NP'leri; ICP-MS, TEM, NTA, SEM, alizarin kırmızısı ve DAPI boyama ile karakterize edilerek yapı morfolojisi ve içerikleri araştırıldı. NTA sonuçları, izole edilen EV'lerin ortalama 227 ± 32 nm boyutunda olduğunu gösterdi. ICP-MS sonuçlarına göre EV örneklerinde Ca ve P iyonlarına rastlanmadı, bu da EV'lerin CaP'a dönüştürülmeden önce izole edildiğinin göstergesidir. Oluşturulan jeller, 2 haftalık inkübasyondan sonra SEM, alizarin kırmızısına boyama ve ICP-MS ile karakterize edilerek EV´lerin kolajenler ile etkileşimi gözlemlendi ve bu etkileşim sonucunda jellerin CaP ürettiği gözlendi. Buna göre boyutları 49 nm ve 490 nm arasında değişen genellikle küresel formda CaP nanopartikülleri elde edildi. Alizarin kırmızısı ve DAPI sonuçları, insan osteoblast hücrelerinin 3D biyobaskılı kemik benzeri örnekler içerisinde canlılığını koruduğunu gösterirken aynı zamanda EV´lerin başarılı bir şekilde biyomimetik olarak CaP sentezlediğini de ortaya koydu. Elde edilen EVlerin, biyomimetik kemik rejenerasyon çalışmalarında kullanılarak biyouyumluluk sorunlarının üstesinden gelme potansiyeline sahip olduğu ve etkili bir şekilde hedef kemik doku yapısını taklit edebilecekleri düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
It is a common situation that, as a result of aging and some serious accidents, bone tissue is damaged to an extent that it cannot repair itself. Calcium phosphate (CaP) is commonly used in implants to help heal damaged bone tissue because it makes up the majority of bone. The ease of production and functionalization paves the way for the synthetic production of CaP. During the physiological bone healing process, the CaP particles accumulate in collagen fibrils and crystallize according to the shape of the bone tissue. However, since CaPs in synthetic implants have already grown to a sufficient size and crystallized before interacting with the collagens of the target bone tissue, they cannot accumulate according to the collagen structure of the target tissue and mimic its shape. This leads to compatibility problems between synthetic CaP implants and target bone tissue. To overcome this problem, in this thesis, physiological CaP production was followed and extracellular vesicles (EVs), which interact with collagens in bone tissue and provide CaP production, were obtained from osteoblast cells. The resulting EVs were then combined with synthetic collagen fibers to form gels, and the CaP nanoparticle (NP) production potential of the gels was investigated by incubation. Finally, in a novel aspect of this thesis, an artificial bone matrix was innovatively prepared using collagen, EVs, and human osteoblast cells. Subsequently, bone-like samples were produced from this bone matrix using a 3D bioprinter. Since the aim of this study was to investigate the ability of EVs to produce CaP in a biomimetic manner in bone-like samples, the bioprinted samples were incubated for 4 weeks and tested for CaP production. The synthesized EVs and CaP NPs were characterized by ICP-MS, NTA, SEM, TEM, and alizarin red and DAPI staining, and their structural morphology and contents were investigated. Isolated EVs were found to have an average size of 227 ± 32 nm in the NTA results. According to the ICP-MS results, no Ca and P ions were found in the EVs samples, indicating that the EVs were isolated before being converted to CaP. After 2 weeks of incubation, the formed gels were characterized by SEM, alizarin red staining and ICP-MS, and the interaction of EVs with collagens was observed. As a result of this interaction, the biomimetic CaP production of the gels was observed. Accordingly, CaP nanoparticles were obtained, generally in spherical form, with sizes varying between 49 nm and 490 nm. The alizarin red and DAPI results showed that human osteoblast cells maintained their viability in the 3D bioprinted samples, while also confirming that EVs successfully synthesized CaP biomimetically. By using the EVs obtained in biomimetic bone regeneration studies, it is anticipated that they have the potential to overcome biocompatibility issues, and thus effectively mimic the target bone.
Benzer Tezler
- Kemik doku mühendisliği uygulamaları için saf ve klinoptilolit katkılı hidroksiapatit bileşiklerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of pure and clinoptilolite doped hydroxyapatite compounds for bone tissue engineering applications
ESMA DALDİKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilim ve TeknolojiNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ZEHRA KOÇAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLÜFER KÜÇÜKDEVECİ
- Biyomimetik yöntem ile hidroksiapatit sentezi ve uygulamaları
Hydroxyapatite synthesis by biomimetic method and applications
SERBÜLENT TÜRK
Doktora
Türkçe
2020
KimyaSakarya ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ÖZACAR
PROF. DR. CUMA BİNDAL
- Chemical preparation of calcium hydroxiapatite in synthetic body fluids at 37 C and its use for coating some metal surfaces
Kalsiyum hidroxsiapatit'in 37 C (derece) de sentetik vücut sıvıları kimyasal hazırlanışı ve bazı metal yüzeylerin kaplanmasında kullanılışı
FATMA ARZUM ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER PAMUK
YRD. DOÇ. DR. CÜNEYT TAŞ
- Sentetik vücut sıvısında hidroksiapatit hazırlanması
Preparation of hydroxyapatite in simulated body fluids
AYSU KARAKAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. BİNNAZ HAZAR YORUÇ
DOÇ. DR. MÜZEYYEN DOĞAN
- Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) bazlı doku iskeleleri: Sentez, karakterizasyon ve osteoblastik aktivite
Poly(butyleneadipate-co-terephthalate) (PBAT) based scaffolds: Synthesis, characterization and osteoblastic activity
AYSU ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU