Development of β-TCP based dual affecting antimicrobial ınjectable bone grafts with enhanced mechanical properties and osteogenic differentiation capacity
Geliştirilmiş mekanik özelliklere ve osteojenik farklılaşma kapasitesine sahip β-TCP tabanlı çift etkili antimikrobiyal enjekte edilebilir kemik greftlerinin geliştirilmesi
- Tez No: 970682
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜNNUR PULAT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Mühendislik Bilimleri, Bioengineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Beta-trikalsiyum fosfat (β-TCP), osteokondüktif özellikleri, biyouyumluluğu ve biyobozunurluğu sayesinde kemik greftlerinde yaygın olarak kullanılan bir biyomalzemedir. Özellikle düzensiz şekilli kemik defekti bölgelerine özel şırıngalarla lokal olarak uygulanabilen enjekte edilebilir greftler, cerrahi açıdan önemli avantajlar sunmaktadır. Ancak β-TCP'nin düşük mekanik dayanımı, yük taşıyan bölgelerde kullanımını sınırlamaktadır. Bu sorunu aşmak için sinterlenmiş β-TCP granüllerinin kullanımı, greftin hem mekanik dayanımını hem de yapısal stabilitesini artırırken grefte osteindüktif özellikler de kazandırabilir. Bunun yanı sıra, mevcut kemik rejenerasyonu stratejileri genellikle tatmin edici sonuçlar verse de, antimikrobiyal etkinliğin bulunmaması klinik kullanım alanlarını sınırlandırmaktadır. Klinik uygulamalarda çoğunlukla cerrahi debridmanı takiben geniş spektrumlu antibiyotikler kullanılmakta ancak bu yaklaşım bakteriyel direnç gelişimine ve sistemik yan etkilere yol açmaktadır. Antimikrobiyal peptitler (AMP'ler), geniş spektrumlu antibakteriyel aktiviteleri, kontrollü biyouyumlulukları ve düşük direnç geliştirme potansiyelleri ile enfeksiyon tedavisinde dikkat çeken alternatiflerdir. İnsan LL-37 peptidinden türetilmiş katyonik bir AMP olan KR-12, güçlü antibakteriyel aktivite göstermekte ve mezenkimal kök hücrelerde (MKH'ler) osteojenik farklılaşmayı artırmaktadır. KR-12'nin türevi olan KR-12-a5 ise özellikle güçlü anti-MRSA etkisi ve kemik farklılaşmasını desteklemesi ile öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, farklı oranlarda sinterlenmiş β-TCP granülleri ve β-TCP tozu birleştirilerek mekanik dayanımı artırılmış enjekte edilebilir kemik greftleri geliştirilmiştir. Seçilen β-TCP kombinasyonu, greftlere hem yüksek mekanik dayanım hem de osteoindüktif özellik kazandırmıştır. Ayrıca, bu greftler KR-12 veya KR-12-a5 ile fonksiyonelleştirilmiştir. Geliştirilen IBG 2/KR-12 ve IBG 2/KR-12-a5 dirençli suşlar üzerinde dahi güçlü antimikrobiyal ve antibiyofilm aktivite sağlamıştır. Bunun yanı sıra, geliştirilen greftler biyouyumlu olup ayrıca MKH'lerin osteojenik farklılaşmasını daha ileri şekilde desteklemiştir.
Özet (Çeviri)
Beta-tricalcium phosphate (β-TCP) is a widely used biomaterial in bone grafts due to its osteoconductive properties, biocompatibility, and desired biodegradability. Injectable bone grafts (IBGs), which can be applied locally to irregularly shaped bone defects using specialized syringes, offer significant surgical advantages. However, low mechanical strength of β-TCP limits its usage in load-bearing applications. To overcome this problem, the use of further sintered β-TCP granules can increase both the graft's mechanical strength and structural stability while also introducing osteoinductive properties. Furthermore, while current bone regeneration strategies generally yield satisfactory results, their lack of antimicrobial efficacy limits their clinical application. In clinical practice, broad-spectrum antibiotics are often used following surgical debridement, but this approach may lead to the development of bacterial resistance as well as systemic side effects. Antimicrobial peptides (AMPs) are promising alternatives for the effective management of infections due to their broad-spectrum, potent antibacterial activity, controlled biocompatibility, and low risk for drug resistance formation. KR-12, a cationic AMP originated from human LL-37 peptide, exhibits potent antibacterial activity and enhances osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs). Moreover, KR-12-a5, a derivative of KR-12, is another promising AMP with its strong anti-MRSA activity and ability to support bone regeneration. Herein, injectable bone grafts with enhanced mechanical strength were developed by combining different ratios of further sintered β-TCP granules and β-TCP powder. Optimized IBG formulation, IBG 2, demonstrated both high mechanical strength and osteoinductive properties to the grafts. Furthermore, these grafts were functionalized with KR-12 or KR-12-a5. The developed IBG 2/KR-12 and IBG 2/KR-12-a5 exhibited strong antimicrobial and antibiofilm activity even against resistant strains. Furthermore, the developed grafts were biocompatible and further supported osteogenic differentiation of MSCs.
Benzer Tezler
- Osteokondral doku mühendisliğinde tabakalı hibrit yapıların geliştirilmesi
Development of layered hybrid structures in osteochondral tissue engineering
SELCAN GÜLER AKSAKALOĞLU
Doktora
Türkçe
2023
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM VARGEL
- Biyobozunur poliüretan bazlı sert doku destek malzemelerinin geliştirilmesi
Development of biodegradable polyurethane based hard tissue support materials
BETÜL SÜYÜMBİKE YAĞCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
KimyaHacettepe ÜniversitesiEczacılık Temel Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EDA AYŞE AKSOY
- Maksillofasiyal travma tedavisi için ısı ile şekillendirilebilen kompozit kemik plakalarının geliştirilmesi
Development of heat malleable composite bone graft plates for maxillofacial trauma treatment
İLKER CENGİZ
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİL MURAT AYDIN
- A study on development of machinable calcium phosphate based bio-composites with zirconia, boron oxide and lanthanum oxide
Zirkonya, bor oksit ve lantanyum oksit ilave edilmiş kalsiyum fosfat bazlı işlenebilir biyokompozitlerin geliştirilmesi üzerine bir çalışma
SINA KHOSHSIMA
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZAFER EVİS
YRD. DOÇ. DR. METİN ÖZGÜL
- Beta-trikalsiyum fosfat bazlı enjekte edilebilir sentetik kemik greft materyallerinin geliştirilmesi
Development of beta-tricalcium phosphate based injectable synthetic bone graft materials
DENİZ SARP
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİL MURAT AYDIN