Biomimetic synthesis and characterization of calcium phosphate nanoparticles for regenerative medicine
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, BİYOMÜHENDİSLİK ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: MUSAB ORAK
Danışman: Mehmet Murat Özmen
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yaşlanma ve bazı ciddi kazalar sonucunda kemik dokusunun kendini onaramayacak kadar zarar görmesi sık görülen bir durumdur. Kalsiyum fosfat (CaP) kemiğin büyük bir kısmını oluşturduğundan, hasarlı kemik dokusunun iyileşmesine yardımcı olmak için implantlarda kullanımı oldukça yaygındır. Üretim ve işlevselleştirme kolaylığı, CaP'ın sentetik üretiminin önünü açmaktadır. Fizyolojik kemik iyileşmesi sürecinde, CaP mineralleri kolajen fibrillerde birikerek kemik dokusunun şekline göre kristalleşir. Ancak sentetik implantlardaki CaP'ların, hedef kemik dokusunun kolajenleri ile etkileşime girmeden önce zaten yeterli boyuta ulaşıp kristalleşmiş olmaları, hedef dokunun kolajen yapısına göre birikip şeklini taklit edememeleri ile sonuçlanmaktadır. Bu da sentetik CaP implantları ile hedef kemik dokusu arasında uyumluluk sorunlarına yol açmaktadır. Bu sorunun üstesinden gelebilmek amacıyla, bu tezde fizyolojik CaP üretimi takip edildi ve kemik dokusundaki kolajenlerle etkileşime girerek CaP üretimini sağlayan hücre dışı keseciklerin (EV'ler) insan osteoblast hücrelerinden izolasyonu sağlandı. Elde edilen EV'ler daha sonra sentetik kolajen fiberler ile birleştirilerek jeller oluşturuldu ve inkübasyon yoluyla jellerin CaP nanopartikül (NP) üretim potansiyelleri araştırıldı. Son olarak, bu tezin özgün bir yönü olarak, kolajen, EV'ler ve insan osteoblast hücreleri kullanılarak yenilikçi bir şekilde yapay bir kemik matrisi hazırlandı. Sonrasında bu kemik matrisinden 3 boyutlu biyoyazıcı yardımıyla kemik benzeri numuneler üretildi. Bu çalışmanın amacı EV'lerin kemik benzeri numunelerde biyomimetik bir şekilde CaP üretme yeteneğini araştırmak olduğundan, biyoyazıcı ile oluşturulmuş numuneler 4 hafta boyunca inkübe edildi ve CaP üretimi açısından test edildi. Sentezlenen EV´ler ve CaP NP'leri; ICP-MS, TEM, NTA, SEM, alizarin kırmızısı ve DAPI boyama ile karakterize edilerek yapı morfolojisi ve içerikleri araştırıldı. NTA sonuçları, izole edilen EV'lerin ortalama 227 ± 32 nm boyutunda olduğunu gösterdi. ICP-MS sonuçlarına göre EV örneklerinde Ca ve P iyonlarına rastlanmadı, bu da EV'lerin CaP'a dönüştürülmeden önce izole edildiğinin göstergesidir. Oluşturulan jeller, 2 haftalık inkübasyondan sonra SEM, alizarin kırmızısına boyama ve ICP-MS ile karakterize edilerek EV´lerin kolajenler ile etkileşimi gözlemlendi ve bu etkileşim sonucunda jellerin CaP ürettiği gözlendi. Buna göre boyutları 49 nm ve 490 nm arasında değişen genellikle küresel formda CaP nanopartikülleri elde edildi. Alizarin kırmızısı ve DAPI sonuçları, insan osteoblast hücrelerinin 3D biyobaskılı kemik benzeri örnekler içerisinde canlılığını koruduğunu gösterirken aynı zamanda EV´lerin başarılı bir şekilde biyomimetik olarak CaP sentezlediğini de ortaya koydu. Elde edilen EVlerin, biyomimetik kemik rejenerasyon çalışmalarında kullanılarak biyouyumluluk sorunlarının üstesinden gelme potansiyeline sahip olduğu ve etkili bir şekilde hedef kemik doku yapısını taklit edebilecekleri düşünülmektedir.