Effectiveness of single and dual release of melatonin and BMP-2 in bone homeostasis
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomühendislik A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: HALA JARRAR
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Menemşe Gümüşderelioğlu
Eş Danışman: Damla Çetin Altındal
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Sunulan tez çalışmasında, melatonin (MEL) ve kemik morfogenetik protein ikinin (BMP-2) uzun süreli salımlarını sağlamak ve bunların kemik homeostazı üzerindeki sinerjik etkilerini araştırmak için tekli ve ikili salım sistemlerinin geliştirmesi amaçlanmıştır. Bunun için, iki farklı salım sistemi hazırlanmıştır. İlk yapıda, MEL ve BMP-2 yüklü mikropartiküller kitosan ve hidroksiapatit kompozit doku iskelelerine (kitosan/HAp) eklenmiş olup, osteoblast farklılaşması üzerindeki tekli ve ikili salımlarının etkinliği incelenmiştir. İkinci yapıda ise, MEL ve BMP-2 kitosan/HAp iskelelere eklenmiş olup, melatoninin inhibe edici etkisiyle, BMP-2'nin yüksek dozu nedeniyle oluşan osteoklast aktivasyonunun minimize edilip edilemeyeceği araştırılmıştır. Osteoblast farklılaşma çalışmaları için ilk olarak MEL ve BMP-2, farklı formülasyonlar kullanılarak ikili emülsiyon oluşturma çözücü buharlaştırma yöntemi ile poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) mikropartiküllere yüklenmiştir. Hazırlanan mikropartiküllerin karakterizasyonundan sonra, hücre kültürü çalışmaları için sırasıyla, yaklaşık 2 µm ve 11 µm çaplarına sahip olan MEL ve BMP-2 mikropartikülleri seçilmiştir. İn vitro hücre kültürü çalışmaları, MEL ve/veya BMP-2 mikropartikülleri içeren kitosan/HAp iskelelerine MC3T3-E1 hücrelerinin ekilmesi ile gerçekleştirilmiştir. İkili salım sistemine sahip iskelelerde alkalen fosfataz (ALP) ve Runt-ilişkili Transkripsiyon Faktörü 2'nin (RUNX2) gen ifadesi ile alizarin red ve von Kossa boyamaları kullanarak belirlenen mineralizasyonun tekli salım sistemine sahip iskelelere göre daha yüksek olduğunu belirlenmiştir. Ayrıca, hematoksilen ve eozin boyama görüntülerindeki ve SEM analizindeki hücre sayısının ikili salım grubunda tekli salım grubuna göre daha yüksek olduğu ve hücrelerin morfolojisinin osteoblastik morfolojiye daha benzer olduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, MEL ve BMP-2'nin ikili salımlarının, osteoblastlar aracılığı ile olan kemik oluşumunu, bunlardan birinin kullanıldığı tekli salım sistemine göre daha etkili bir şekilde gerçekleştirdiğini göstermektedir. Osteoklast farklılaşma çalışmaları için ise, MEL ve BMP-2 direk kitosan/HAp iskelelerine emdirilmiş ve iskelelere RAW 264.7 hücrelerinin ekimi gerçekleştirilmiştir. BMP-2 emdirilen iskelelerde tartrat dirençli asit fosfataz pozitif (TRAP +) hücrelerin sayısının, katepsin K ve aktif T hücrelerinin nükleer faktörü bir (NFATC1) gen ifadelerinin, TRAP aktivitesinin ve SEM görüntülerinde büyük osteoklast hücrelerinin oluşumunun, MEL veya ikili salım gruplarından daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte, katepsin K, NFATC1 ve TRAP genlerin ekspresyonu, TRAP aktivitesi, TRAP+ hücrelerin sayısının ve SEM'deki gözlenen osteoklast oluşumunun, MEL ve BMP-2 emdirilen iskelelerde BMP-2 emdirilen iskelelere göre daha düşük olduğunu gözlenmiştir. Sonuçlar, melatoninin osteoklast oluşumundaki inhibe edici etkisinin, BMP-2'nin yüksek dozunun neden olduğu osteoklast farklılaşmasını etkili bir şekilde azalttığını göstermektedir. Elde edilen veriler sonucunda, MEL ve BMP-2'nin PLGA mikropartiküllerinden düşük dozlarının kontrollü salımlarının osteoblast oluşumunu etkili bir şekilde arttırdığı belirlenmiştir. Ancak, bazı durumlarda, klinikteki kullanılan implantların hem osteoblastları indükleyici hem de osteoklastları inhibe edici özelliklere sahip olması tercih edilmekte olup, ikinci sistemde melatonin varlığında BMP-2 tarafından indüklenen osteoklast oluşumunu inhibe etmesi amaçlanmıştır. Aynı zamanda kullanılan BMP-2 dozunun osteoblast oluşumunu da arttırması istenmektedir.