Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) bazlı doku iskeleleri: Sentez, karakterizasyon ve osteoblastik aktivite
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AYSU ARSLAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Özet:Bu çalışma, FHD-2015-6667 kodlu "Poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT) Doku İskeleleri: Fabrikasyon ve in vitro Testler" adlı Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi ve 2210-C TÜBİTAK Öncelikli Alanlara Yönelik Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı desteği ile hazırlanmıştır. Sunulan tez çalışmasının amacı, mevcut biyobozunur sentetik polimerlere alternatif olarak, alifatik-aromatik bir kopoliester olan PBAT'ın kemik doku mühendisliği alanındaki kullanım potansiyellerinin incelenmesidir. Tez çalışmasının ilk aşamasında, çözücü buharlaştırma ve elektroeğirme yöntemleri ile 2 boyutlu (2D), çözücü döküm-parçacık uzaklaştırma ve eriyik kalıplama-parçacık uzaklaştırma yöntemleri ile ise 3 boyutlu (3D) PBAT doku iskeleleri üretilmiştir. Doku iskelelerinin en uygun morfolojide üretilebilmeleri için optimum koşullar belirlenmiştir. Parçacık uzaklaştırma yöntemleri ile malzeme üretiminde 200-355 μm boyut aralığında NaCl parçacıkları kullanılmıştır. Çözücü döküm-parçacık uzaklaştırma işlemi ile üretilen doku iskelelerinde %90 oranında gözeneklilik ve 283 ± 61 μm gözenek boyutu; eriyik kalıplama-parçacık uzaklaştırma işlemi ile üretilen doku iskelelerinde ise %62 gözeneklilik ve 236 ± 61 μm gözenek boyutu elde edilmiştir. Elektroeğirme yönteminde seçilen optimum parametreler ile (21 kV gerilim, 1 mL/sa akış hızı ve 20 cm şırınga-toplayıcı arası mesafe) yaklaşık %85 gözenekliliğe, 12 μm gözenek boyutuna ve 569 ± 187 nm çapında fiberlere sahip 2D fibröz matrisler elde edilmiştir. Çözücü buharlaştırma yöntemi ile ise 400 μm kalınlığında, gözeneksiz ince filmler elde edilmiştir. Üretilen malzemeler ile yapılan su alım kapasitesi testleri sonucunda, en yüksek su alım kapasitesine sahip olan grup %578 ± 62 ile çözücü döküm-parçacık uzaklaştırma yöntemi ile üretilen doku iskeleleri, en düşük değere sahip olan grup ise %4 ± 3 ile çözücü buharlaştırma işlemi ile üretilen doku iskeleleri olmuştur. Mekanik dayanım testleri sonucu, eriyik kalıplama-parçacık uzaklaştırma işlemi ile üretilen doku iskelelerinin sıkıştırma direncinin (8.80 ± 6.10 MPa), kanselöz kemiğin sıkıştırma direncine benzer olduğu görülmüştür. PBAT ince filmlerin su temas açısı 71°, diğer doku iskelelerinin temas açıları ise gözenekli yapılarından dolayı 0° olarak elde edilmiştir. Lipaz enzimi ile yürütülen in vitro bozunurluk testlerinde, çözücü döküm-parçacık uzaklaştırma ile üretilen doku iskelelerinde 5. hafta sonunda yapısal bozunma gözlenmiştir. İn vitro hücre kültür çalışmaları, MC3T3-E1 preosteoblastlar ile gerçekleştirilmiştir. SEM analizi ile yapılan morfolojik incelemeler sonucunda, kültürün 11. gününde hücrelerin tüm iskelelerin yüzeyini tamamen kapladığı görülmüş ve en hızlı hücre yayılımının fibröz matrislerin yüzeyinde olduğu gözlenmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, daha büyük gözenek boyutuna ve daha yüksek gözenekliliğe sahip 3D fibröz matrislerin üretimi ıslak elektroeğirme ile gerçekleştirilmiş, biyoaktivitenin incelenmesi için insan kemik iliği kökenli mezenkimal kök hücreler (hBMSC) kullanılmıştır. Osteoindüktif etkinin artırılması amacıyla, mikrodalga destekli biyomimetik çöktürme yöntemi ile üretilen hidroksiapatit (HAp) ve bor katkılı hidroksiapatit (B-HAp) parçacıkları, %5 (w/w) oranında PBAT fiberlerin yapısına eklenmiştir. Üretilen 3D fibröz matrislerin gözenek boyutu 30 ± 22 μm, gözenekliliği ise yaklaşık ~%91 olarak belirlenmiştir. hBMSC'ler ile yapılan hücre kültür çalışmaları sonucu, hücrelerin 3D fibröz matrislerin iç kısımlarına yayılamayıp tüm yüzeyi kapladığı, mineralize yapıların ise doku iskelesinin iç kısımlara geçebildiği gözlenmiştir. Hücre farklılaşmasının belirlenmesinde, alkalin fosfataz (ALP) aktivitesi, kollajen ve kalsiyum miktarları kolorimetrik yöntemlerle tayin edilmiş ve elde edilen sonuçlar ALP, kollajen tip I (COL-I), osteokalsin (OCN) ve osteopontin (OPN) gibi gen ifadelerinin gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) incelenmesi ile desteklenmiştir. Farklılaşma analizleri sonucu, B-HAp-PBAT doku iskelelerinde osteojenik farklılaşmanın daha belirgin olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak, PBAT doku iskelelerinin yüzey yapısı, biyobozunurluk ve mekanik özellikler açısından yeterli özellikler gösterdiği, hücre tutunmasını ve çoğalmasını büyük ölçüde desteklediği anlaşılmıştır. Özellikle osteojenik farklılaşmayı iyileştiren B-HAp gibi malzemeler ile desteklendiğinde, PBAT'ın kemik doku mühendisliği uygulamalarında kullanılabilecek alternatif bir biyomalzeme olduğu anlaşılmıştır.