Mikrodalga destekli çapraz bağlanma/çökeltme reaksiyonları ile kitosan-HA doku iskelelerinin hazırlanması ve kemik doku mühendisliğinde kullanımının araştırılması
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomühendislik A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2012
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: GÖKÇE KAYNAK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Sunulan tez çalışmasında 10xSBF benzeri çözelti ve farklı mikrodalga enerjileri (90W, 360W, 600W, 1200W) kullanılarak `'kemik benzeri hidroksiapatit'' yapısının dolgu maddesi olarak kullanılmak üzere eldesi ve bu yöntemle kemik dokusunun rejenerasyonunu destekleyecek kitosan hidrojel doku iskelelerinin hızlı ve etkin bir şekilde hidroksiapatit (HA) ile kaplanması amaçlanmıştır.Tez kapsamında yapılan çalışmanın ilk aşamasında, mikrodalga enerjisi ile yapay vücut sıvısı (SBF) içerisindeki iyonların etkileşiminden yararlanılarak biyomimetik HA yapısı üretilmiştir. Farklı mikrodalga güçleri ve uygulama süreleri ile denemeler yapılarak doğal kemik yapısında bulunan HA'e en yakın apatitin üretildiği optimum koşullar belirlenmiştir. Sonuçta 600 W gücün kullanıldığı koşulda 40-50 nm uzunluğunda, %1.61 (w/w) Ca/P oranına ve % 9.22 (w/w) karbonat içeriğine sahip, iğne benzeri morfolojide ve kemik benzeri amorf yapıda hidroksiapatit üretilmiştir.Tez kapsamında kullanılacak süper gözenekli hidrojel (SPH) doku iskelelerinin üretiminde mikrodalga ışıma ve gaz köpükleştirme teknikleri birlikte kullanılmıştır. Böylece eş zamanlı olarak jelleşme ve köpükleşme gerçekleştirilmiştir. Kitosan doku iskelesi, biyoaktivitesinin ve mekanik özelliklerinin arttırılması için mikrodalga ışımasının etkisi ve SBF kullanılarak HA ile kaplanmıştır. Yapılan X ışını kırınımı (XRD), Fourier dönüşümlü toplam yansıması azaltılmış kızılötesi spektroskopisi (ATR-FTIR) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri ile kompozitteki karbonatlı HA varlığı gösterilmiştir. Kaplamanın % Ca/P (w/w) oranı EDX analizi ile 1.62±0.93 olarak belirlenmiştir.Tez çalışmasında mikrodalgayla kaplamanın, kimyasal muamele sonrası kaplama ile karşılaştırılması ve mikrodalga etkisi ile kaplamanın etkinliğinin artırılması için çekirdeklendirici ajan tetraetil orto-silikat (TEOS) kullanılarak da kaplama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Yapılan XRD ve SEM incelemeleri sonucunda kimyasal modifikasyonun mikrodalga ışıması ile kaplama çalışmalarını olumlu yönde etkilemediği gözlenmiştir. Bu nedenle daha sonraki çalışmalara TEOS ile muamele edilmeyen örnekler ile devam edilmiştir. Kitosan/HA kaplama SPH'ler ile karşılaştırma yapmak amacıyla ticari toz formda HA kullanılarak kitosan/HA toz SPH'lerin üretimi de gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları sonrasında en yüksek su tutma özelliği ve mekanik dayanım HA toz içeren iskelelerde görülmüştür. Mikrodalga ışıması ile yapılan HA kaplamanın iskelenin şişme özelliğini, boşluk kesrini ve mekanik dayanımını artırdığı belirlenmiştir. Kitosan/HA kaplama SPH için şişme oranı 21.94±5.26, dengeye ulaşma süresi 180 s olarak bulunmuş, boşluk kesri ve yoğunluğu ise sırasıyla 0.69±0.09 mL/g ve 0.046±0.007 g/mL olarak hesaplanmıştır. Kitosan SPH, kitosan/HA kaplama SPH ve kitosan/HA toz SPH'lerin elastik modül değerleri ise sırası ile 23.4±4.10 kPa, 41.1±8.49 kPa ve 220.5±4.95 kPa olarak bulunmuştur.Tezin son aşamasında ise kitosan bazlı doku iskelelerinin osteoindüktif özellikleri, MC3T3-E1 preosteoblastik hücre hattı ile durgun koşullarda gerçekleştirilen hücre kültürü çalışmaları ile belirlenmiştir. Hücre canlılığı ve üremesi MTT (3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolyum bromür) analizi ile takip edilmiş ve hücre morfolojileri SEM (taramalı elektron mikroskobu) ile incelenmiştir. Hücrelerin en yüksek üreme hızını kitosan/HA kaplama SPH üzerinde gösterdiği belirlenmiştir. Hücre farklılaşması ise alkalen fosfataz (ALP) aktivitesinin ölçümü ve Von Kossa boyama ile belirlenmiştir. RT-PCR (gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu) ile MC3T3-E1 hücrelerinin osteojenik farklılaşma belirteçleri olan ALP, osteokalsin, kollajen I ve RunX2 ekspresyon seviyeleri tespit edilmiştir. Analiz sonuçlarına göre, kitosan/HA kaplama SPH'in MC3T3 preosteoblast hücrelerinin farklılaşmasını ve ekstraselüler matris mineralizasyonunu diğer iskelelere göre çok daha fazla desteklediği görülmüştür.Sonuç olarak mikrodalga-desteği ile hazırlanan kitosan/HA kaplama SPH'lerin osteoindüktif özellikleri ile kemik doku mühendisliği uygulamaları için uygun malzemeler olabileceği belirlenmiştir.