Hybrid bioprinting of functionalized scaffolds for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için fonksiyonelleştirilmiş doku iskelelerinin hibrid üç boyutlu (3B) biyobasım
- Tez No: 898748
- Danışmanlar: PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Biyomühendislik, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Science and Technology, Bioengineering, Polymer Science and Technology
- 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: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Doku mühendisliği (DM), hasarlı dokuları yenilemek için malzemeler ve yöntemler geliştirmeye odaklanan disiplinler arası bir alandır. Bu alan, insan vücudu mikro ortamını taklit etmek ve doku büyümesini teşvik etmek için biyomalzemeler, hücreler ve biyoaktif moleküllerin bir kombinasyonunu kullanır. Başarılı doku replasmanları geliştirmek için, konak dokunun biyokimyasal ve biyofiziksel özellikleri de dahil olmak üzere çeşitli faktörleri dikkate almak gerekir. Devam eden çabalara rağmen, iyileştirilmiş vaskülarizasyona sahip tam kalınlıkta doku ikamelerini yenileyebilen, istenen biyoaktiviteye sahip işlevselleştirilmiş iskelelerin geliştirilmesi henüz ele alınmamış ana zorluklardır. Üç boyutlu biyobaskı, bilgisayar destekli tasarım modelleri kullanılarak istenen geometride biyomalzemelerin kontrollü bir şekilde biriktirilmesine olanak tanıyan yeni bir tekniktir. Bu yöntemin kullanımı, doğal hücre dışı matrisi taklit eden ince ayarlı liflerin üretilmesine ve çeşitli uygulamalar için istenen özelliklere sahip işlevsel malzemelerin seçilmesine ve işlevselliği artırmak için biyoaktif moleküllerin dahil edilmesine olanak tanır. İstenilen mimariye sahip yapılar üretme ve işlevselleştirilmiş biyomalzemelerin kullanımındaki gücü nedeniyle, 3D baskı işlevselleştirilmiş dokuların yenilenmesinin önünü açan umut vadeden bir teknolojidir. Bu çalışmada, biyoaktif hibrit iskeleler üretmek için eriyik-elektrospinning yazımı (MEW) ile biyobaskı yöntemlerinin birleştirilmesinin hibrit bir metodolojisi önerilmiştir. Bunun için, işlevselleştirilmiş biyoaktif cam (BC)/polikaprolakton (PCL) kompoziti önce MEW işlemi ile üretilir ve ardından karboksimetilselüloz-tiramin (CMC-Tyr) konjugatları ile güçlendirilmiş jelatin hidrojel, insan birincil saç folikülü dermal papilla (HFDPC'ler) kürecikleriyle birleştirilir. Geliştirilen yöntem, epidermis ve dermis kesitlerinin biyobaskısı ile cilt doku mühendisliği için uygulandı. HFDPC küreciklerinin geliştirilmesi, özel geometriye sahip yapışmayan polidimetilsiloksan kuyucuklu plakalar ve asılı damla modeli kullanılarak gerçekleştirildi. Küresel boyut, işlevsellik ve hücre canlılığı değerlendirildi ve yeni bir mikrokapiller biyoyazdırma teknolojisi kullanılarak saç folikülü gelişimi gibi karmaşık adneksal yapı da dahil olmak üzere daha karmaşık ve biyolojik olarak ilgili cilt modellerinin dahil edilmesine katkıda bulunuldu. Ayrıca, geliştirilen MEW işlemi, literatürde ilk girişim olarak Ti3C2Tx MXene ve PCL'den oluşan kompozit iskelelerin basılması için araştırıldı. Kemik Doku Mühendisliği için PCL'ye çeşitli MXene konsantrasyonları dahil edildi. Elde edilen iskeleler, pre-osteoblastlarla (MC3T3-E1) sitokompatibilite, mekanik karakterizasyonlar, taramalı elektron mikroskobu, enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi ve atomik kuvvet mikroskobu ile kanıtlandığı gibi, istenen hücre yapışmasını, çoğalmasını ve hücre canlılığını gösterdi. Gelişmiş ve yeni biyomalzemelerin geliştirilmesi, 3B hücre kültürü teknikleri ve 3B biyoyazdırma teknolojisini birleştiren bu kapsamlı yaklaşım, DM uygulamaları için umut verici çözümler sunan gelişmiş özelliklere sahip iskelelerin geliştirilmesine yol açmıştır. Bulgular, önerilen iskelelerin rejeneratif tıbbı ilerletme ve işlevsel doku ikameleri geliştirme potansiyelini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Tissue engineering (TE) is an interdisciplinary field that focuses on developing materials and methods for regenerating damaged tissues. This field utilizes a combination of biomaterials, cells, and bioactive molecules to mimic the human body microenvironment and stimulate tissue growth. To develop successful tissue replacements, it is necessary to consider various factors, including the biochemical and biophysical properties of the host tissue. Despite on-going efforts, development of functionalized scaffolds with desirable bioactivity capable of regenerating full-thickness tissue substitutes with improved vascularization are the main challenges yet to be addressed. Three-dimensional (3D) bioprinting is a novel technique that allows for the controlled deposition of biomaterials in the desired geometry using computer-aided design (CAD) models. The use of this method allows fabrication of fine-tuned fibers that mimic the natural extracellular matrix (ECM), as well as selection of functional materials with desirable properties for various applications and incorporation of bioactive molecules to enhance functionality. Owing to its power in fabricating structures with desirable architecture and use of functionalized biomaterials, 3D printing is a promising technology that paves the way for regeneration of functionalized tissues. In this work, a hybrid methodology of melt-electrospinning writing (MEW) combined with bioprinting methods is proposed for fabricating bioactive hybrid scaffolds. For this, functionalized bioactive glass (BG)/polycaprolactone (PCL) composite is first fabricated with MEW process and then gelatin hydrogel reinforced with carboxymethylcellulose-tyramine (CMC-Tyr) conjugates were combined with human primary hair follicle dermal papilla (HFDPCs) spheroids. The developed method was applied for skin tissue engineering (STE) by bioprinting epidermis and dermis sections. The development of HFDPC spheroids was carried out using non-adhesive polydimethylsiloxane (PDMS) well plates with special geometry and the hanging drop model. Spheroid size, functionality and cell viability were assessed, contributing to incorporation of more complex and biologically relevant skin models including complex adnexal structure, such as hair follicle development using a novel microcapillary bioprinting technology. Moreover, the developed MEW process was investigated for printing composite scaffolds composed of Ti3C2Tx MXene and PCL, as a first attempt in literature. Various concentrations of MXene were incorporated into PCL for Bone Tissue Engineering (BTE). The resulting scaffolds demonstrated desirable cell adhesion, proliferation, and cell viability, as evidenced by cytocompatibility with pre-osteoblasts (MC3T3-E1), mechanical characterizations, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and atomic force microscopy (AFM). This comprehensive approach, which combines development of advanced and novel nanocomposites, 3D cell culture techniques, and 3D bioprinting technology, has led to the development of scaffolds with enhanced properties, offering promising solutions for TE applications. The findings emphasize the potential of the proposed scaffolds to advance regenerative medicine and develop functional tissue substitutes.
Benzer Tezler
- Hybrid 3D bioprinting of functionalized structures for tissue engineering
Başlık çevirisi yok
SEYEDEH FERDOWS AFGHAH
Doktora
İngilizce
2020
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Aspiration-assisted bioprinting
Başlık çevirisi yok
BUĞRA AYAN
Doktora
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiThe Pennsylvania State UniversityPROF. DR. İBRAHİM TARIK ÖZBOLAT
- 3D bioprinting of hybrid bone grafts with an inherent controlled delivery system
Kontrollü salım sistemi içeren hibrid kemik greftlerinin 3B biyobaskılamayla üretimi
MERİÇ GÖKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyomühendislikAnkara ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. PINAR HURİ
- 3D bioprinting of osteochondral inteface tissue
3B biyobasım ile osteokondral arayüz dokusu
EFSUN ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ
- Biyolojik uygulamalarda kullanılabilecek polimerik akıllı malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of smart polymeric materials for biological applications
ELİF YÜCE ERARSLAN
Doktora
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERKAN EMİK
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYÇA BAL ÖZTÜRK