Finite element analysis of degradation, growth factor release and signaling pathway interactions in a 3D scaffold
3B kemik iskelesinde degradasyon, büyüme faktörü salınımı ve sinyal yolu etkileşimlerinin sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile modellenmesi
- Tez No: 895111
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLLÜ KIZILTAŞ ŞENDUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Bioengineering, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 148
Özet
Kemik iskeleleri, ayarlanabilir doğası sayesinde kemik iyileşmesi ve rejenerasyonunu kontrol etmek için yeni tedavi stratejileri konusunda büyük potansiyel vaat etmektedir. Kemik doku mühendisliği (BTE) çok disiplinli bir alan olduğundan çeşitli disiplinlerden araştırmacıların dikkatini çekmektedir. Bu tez çalışması, büyüme faktörü salınımı ve sinyal yolu etkileşiminin etkisini artırarak kemik iyileşmesini amaçlayan 3D gözenekli polimerik kemik doku iskeletinin bozulmasını modellemeyi kapsamlı bir şekilde incelemektedir. Bir dizi reaksiyon-difüzyon denklemi, sonlu elemanlar metotu (FEM) kullanan COMSOL Multiphysics yazılımıyla çözülmüştür. Tezin ilk bölümünde, geliştirilen FEM modeli kullanılarak iskele bozulması, BMP-2 büyüme faktörü salımı ve bunun bozulmasının hızlarına odaklanılarak bir parameter çalışması yapılmıştır. Bu modelin doğrulaması için, daha basit bir geometri üzerinde bir doğrulama çalışması gerçekleştirilmiştir. Ardından, salınan BMP-2'nin neden olduğu bir sinyal yolu da kütle korunumu/hareketi yasasına dayalı bir dizi adi diferansiyel denklem (ODE) türetilerek modellenmiştir. ODE sistemi, Michaelis-Menten yaklaşımına tabi tutulmuş ve detaylı matematiksel türetim sunulmuştur. Tezin üçüncü bölümünde, iskelet bozulması ve büyüme faktörü salınım kinetiğini etkileyen daha önce incelenen bazı parametrelerin optimum değerlerini bulmak için iki optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Bu çalışma, sonlu elemenlar yöntemine dayalı 3 boyutlu kemik iskelelerinin degradasyon ve büyüme vii faktörü salınımı kinetiklerinin hücre içi sinyal yollarıyla etkileşimini analiz etmek için bir temel oluşturmaktadır. Dolayısıyla, bu tez çeşitli kemik iskelesi tasarım çalışmalarının halihazırda varolan damarlanma ve kemik yenilenmesi çalışmalarına entegrasyonu için oldukça yararlı bir çalışmadır.
Özet (Çeviri)
Bone scaffolds promise a great potential to gain new treatment strategies to control bone healing and regeneration processes due to their tunable nature. Bone tissue engineering (BTE) gains enduring attention of researchers from various disciplines since it is a multidisciplinary field. This thesis provides a comprehensive examination modeling degradation of a 3D porous polymeric bone scaffold aiming to enhance bone healing with growth factor release and the effect of signaling pathway interactions. A set of reaction-diffusion equations were solved using COMSOL Multiphysics software which employs finite element method (FEM). In the first part, we performed a parametric study with the developed FEM model focusing on scaffold degradation, BMP-2 growth factor release and degradation rates. To validate our 3D model, a previous validation case was performed on a simpler geometry. Next, a signaling pathway evolving due to the released BMP-2 was also modeled deriving Ordinary Differential Equations (ODEs) based on mass action law. The ODE system was subject to Michaelis Menten approach, and a detailed mathematical derivation is presented. In the third part, two optimization algorithms were developed to find optimum values for some selected set of the previously examined parameters effecting the scaffold degradation and growth factor release kinetics. This thesis forms the groundwork for an initial FEM model to be used in analyzing 3D bone scaffolds for degradation and release kinetics in association with v signaling pathway interactions. This model should be very useful for various bone scaffold design studies with integration of existing key mechanisms such as angiogenesis into the presented model.
Benzer Tezler
- Değişken rezolüzyonlu görüntü örnekleyici
Multi resolution image sampler
RIZA CAN TARCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. M. SAİT TÜRKÖZ
- Gözenekli ve biyobozunur magnezyum alaşımlarının implant malzemesi olarak üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of porous and biodegradable magnesium alloys as implant materials
ABDURRAHİM TEMİZ
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiEndüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA YAŞAR
- Simulation of multiphase flow in biopiles for treating hydrocarbon contaminated soils
Hidrokarbon ile kirlenmiş toprağın temizlenmesi için biopile'lardaki çok fazlı akımın simülasyonu
HALİL ALPER ÖZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
İnşaat MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEM AVCI
- The study about finite element analysis of degradation Mg alloy for biomedical implant
Biyomedikal implant için bozunma Mg alaşiminin sonlu eleman analizi ile ilgili çalişma
BUPE KASANYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL HAKKI KARA
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN ÖZMEN
- Finite element analysis of concrete encased steel composite columns and reinforced concrete beams
Betonarme kaplı çelik kompozit kolonlar ve betonarme kirişlerin sonlu elemanlar yöntemine göre analizi
MOHAMMED MOATASEM OTHMAN OTHMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
İnşaat MühendisliğiAtılım Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN TUNÇ
DR. ÖĞR. ÜYESİ HALİT CENAN MERTOL