Kemik doku implant malzemeleri: Osseointegrasyon ve antibakteriyel etkinlik
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomühendislik A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: DERYA KALELİOĞLU
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Özet:Bu çalışma 2210-C TÜBİTAK Öncelikli Alanlara Yönelik Yurt İçi Yüksek Lisans Burs Programı Desteği ile hazırlanmıştır. Sunulan tez çalışması kapsamında osseointegrasyonu destekleyecek antibakteriyel özelliğe sahip titanyum (Ti) kaplamaların geliştirilmesi amaçlanmıştır. Ti plakalar, osseointegrasyonu sağlayacak hidroksiapatit (HA) partiküllerle işlevselleştirilmiş, antibakteriyel özellikte polietilen oksit fiberler ile kaplanarak, malzeme karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Ayrıca üretilen plakaların osteojenik ve antibakteriyel etkinlikleri, in-vitro hücre kültür çalışmalarıyla incelenmiştir. Tez çalışmasının ilk aşamasında kaplama kararlılığının arttırmak ve fiber kaplamalar için geniş yüzey alanı oluşturmak amacıyla, saf ticari Ti plaka (CP Ti) (1x1 cm2) yüzeylerine mekanik ve kimyasal uygulamalar yapılmıştır. İlk olarak Ti plakalar, P280/400 numara zımpara kağıdı ile iki yönlü zımparalanmış, ardından farklı sürelerde %4' lük nitrik asit (HNO3) uygulaması yapılarak yüzeyde nano boyutta pürüzler oluşturulmuştur. Zımparalanmış ve kimyasal olarak aşındırılmış Ti plakalar, NaOH ve HCl çözeltilerine batırılarak yüzeylerinde titanyum oksit tabakası oluşumu sağlanmıştır. Malzemelerin yüzey özellikleri ve topografisi, profilometre, su temas açısı ve AFM analizleriyle incelenmiştir. Yüzey uygulamaları ile hem mikron, hem de nano boyutta yapılar oluşturulmuştur. Yüzey uygulamaları sonrasında su temas açısı 84°'den 69°'ye düşmüş ve ıslatılabilirliği daha yüksek bir yüzey oluşumu sağlanmıştır. Çalışmanın sonraki aşamasında, osseointegrasyonu desteklemek amacıyla biyomimetik yöntemle, yapay vücut sıvısı içerisinde, farklı tip HA partikül üretimi gerçekleştirilmiştir. M-HA ve B-HA partiküller (bor katkılı HA) mikrodalga enerjisi uygulanarak biyomimetik yöntemle, O-HA partiküller ise oda sıcaklığında biyomimetik yöntemle üretilmiştir. Ti plakaların yüzeyleri, elektroeğirme ile farklı oranlarda HA partikül içeren, polietilen oksit fiberlerle kaplanmış ve en uygun HA miktarı belirlenmiştir. Nanofiberlerin morfolojileri, HA yerleşim ve dağılımları, TEM ve SEM analizleri ile incelenmiş, fiber çapları, Image J programı kullanılarak hesaplanmıştır. Analizler, HA partiküllerin fiber yapısını bozmadan fiber içi ve üzerine dağıldığını göstermiştir. Ayrıca HA katkısı sonucunda fiber çaplarında (210±41nm) büyük değişimler gözlenmemiştir. Ti plakaların osteojenik aktiviteleri, 28 günlük MC3T3-E1 preosteoblast hücre kültür çalışmaları ile incelenmiştir. Mitokondriyal aktivie test (MTT) sonuçları, HA katkısının hücre yapışmasını desteklediğini ve hücre üremesini PEO fiber kaplı örneklere göre 2 kat fazla olacak şekilde, logaritmik olarak arttırdığını göstermiştir. HA/PEO fiberlerle kaplanmış Ti plakaların osteojenik farklılaşma kapasiteleri, ALP aktiviteleri ile belirlenmiş ve HA içeren örneklerin ALP aktivitesinin 28. güne kadar arttığı gözlenmiştir. Osteoblastlara özgü gen ifade seviyeleri (runx2, kollajen tip1, osteokalsin, osteopontin), RT-PCR çalışmaları ile incelenmiştir. Tüm HA içeren örnekler arasında, bor katkılı HA içeren grubun en yüksek gen ifade seviyelerini gösterdiği belirlenmiştir. Hücre kültür çalışmaları ile, HA katkısının, yüzeyde hücre yapışma, çoğalma ve farklılaşma kapasitelerini arttırdığı sonucuna varılmıştır. Ti plakaların antibakteriyel etkileri, standart S. epidermidis (ATCC12228 ve 35984) bakteri suşları kullanılarak belirlenmiştir. Yapılan analizler, PEO fiber kaplamaların bakteri yapışmasını belirgin bir şekilde azatlığını, ayrıca O-HA içeren grubun diğer gruplara göre en yüksek antibakteriyel etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, Ti malzemelerin yüzeylerine yapılan kaplamalarla osseointegrasyonu başarılı bir şekilde destekleyen, öte yandan hücre yapışmasını belirli oranlarda engelleyen implant kaplaması üretilmiştir.