Deselülerize Kemik Doku Temelli Rejeneratif Biyoyapışkanların Geliştirilmesi ve Ortopedik Uygulamalara Yönelik İmplant Yüzey Kaplama Materyali Olarak Kullanım Potansiyelinin Değerlendirilmesi

TÜBİTAK Projesi, 2218 - Yurt İçi Doktora Sonrası Araştırma Burs Programı, 2024 - 2026

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Destek Programı: 2218 - Yurt İçi Doktora Sonrası Araştırma Burs Programı
Başlama Tarihi: Aralık 2024
Bitiş Tarihi: Aralık 2026

Proje Özeti

Kemik dokusu vücutta çok sayıda kritik fonksiyona sahip iskelet sistemine ait sert bir organdır. Farklı boyut ve şekillerde bulunan kemik dokusu belirli bir boyut/çapta hasarlar sonrasında kendi kendini yenileyebilme kapasitesine sahiptir. Öte yandan geniş alanlı çoklu kırıklar ve tümör reseksiyonu gibi kiritk boyutlu hasarlar sonrası kendini onaramamaktadır. Bu durumlarda biyomalzemelerin kullanımını kapsayan cerrahi tedavilerin kullanımı kaçınılmazdır. Günümüzde biyolojik (allo-, oto-, zeno-greft), sentetik (metaller, seramikler vb.) ve doğal (kollajen alginat vb.) kaynaklı biyomalzemeler kemik doku onarım amacıyla kullanılabilmektedir. Hali hazırda klinikte kullanılmakta olan biyomalzemelerin her birinin halen aşılamamış sınırlamaları mevcuttur. Öyle ki, biyolojik greft uygulamaları altın standart olarak görünse de toplama zorluğu, sınırlı kaynak bulunması, hastalık bulaştırma gibi dezavantajları mevcuttur. Benzer biçimde sentetik ve doğal polimerler kemik mikroçevresini taklit edebilme ve kolay işlenebilme gibi avantajlara sahip olsa da düşük mekanik dayanım ve zayıf osteokondüktif/indüktif özellikleri ile dezavantajlıdırlar. Ortopedik uygulamalarda en fazla tercih edilen titanyum ve alaşımları da rejeneratif kapasitelerinin düşük olması, yüzey özelliklerine bağlı olarak osteokondüktif/indüktif ve integrasyon kapasitelerinin düşük olması gibi kritik sınırlamalara sahiptir.

Mevcut çalışmalar, bahsi geçen sınırlamaların tek bir biyomalzeme kullanılarak aşılamayacağını işaret etmektedir. Hedef doku mikroçevresi, mekanik özellikleri ve rejeneratif faktörler göz önüne alındığında birden fazla biyomalzeme türünün bir arada kullanıldığı kompozit sistemlerin çözüm sunma potansiyeli vardır. Özellikle ön planda olan metal implantların yüzeylerinin kemik dokusunun inorganik bileşenlerince (hidroksiapatit) veya polimer kaplanması gibi alternatif yaklaşımlar ile rejeneratif kapasite arttırılabilmektedir. Bu zamana kadar, elektroeğirme, daldırarak kaplama, püskürterek kaplama, dönerek kaplama gibi farklı kaplama yöntemleri bu amaçla kullanılmıştır. Dönerek kaplama, gerek homojen olarak yüzey kaplanması gerekse kaplama materyalinin biyolojik bileşimine zarar vermeyen hızlı uygulanabilir ve düşük maliyetli sistem olarak dikkat çekmektedir. Ancak her ne kadar alternatif kaplama yöntemleri mevcut olsa da gerek hedef kemik dokusunun karmaşık mikroçevresi gerekse konakçı ile osteointegrasyonu arttırabilecek rejeneratif bir kaplama materyali geliştirilebilmiş değildir.

Bu bilinenler ve bilinmeyenler doğrultusunda araştırma önerisi, mevcut sınırlamaların üstesinden gelmek üzere (i) deselülerize kemik doku temelli hidrojellerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu (DNA, sGAG, kollajen vb.) (ii) dopamin ile kimyasal modifikasyon ile biyoyapışkan rejeneratif hidrojel geliştirilmesi ve karakterizasyonu (1HNMR, FTIR, yapışma gücü vb.), (iii) titanyum yüzey aktivasyonu ve osteokondüktif/indüktif fonksiyonelizasyonu (SEM-EDX, AFM) ve son aşamada (iv) geliştirilen rejeneratif biyoyapışkan hidrojelin dönerek kaplama yöntemi ile fonksiyonel titanyum yüzeylerin kaplanmasında kullanım potansiyeli değerlendirilecektir. Bu yolla hedef kemik doku mikroçevresi bileşenlerce taklit edebilen, implant ve doku arasında integrasyonu/adezyonu arttıran rejeneratif yüzey barındıran kompozit sistemin geliştirilmesi planlanmıştır. Bu hedefe ulaşmak, disiplinler arası (kimya, biyoloji, mühendislik vb.) etkin çalışmaların yapılması ile mümkündür. Önerilen araştırmanın yürütüleceği Ankara Üniversitesi Kök Hücre Enstitüsü bünyesinde farklı disiplinlerden bilim insanlarını ve araştırma gruplarını barındıran ve ayrıca ileri klinik Ar-Ge çalışmalarının sürdürülmesine olanak sağlayan GMP merkezine sahip sayılı enstitülerdendir. Altyapısında araştırma önerisinin başarı ile tamamlanmasına imkân sağlayacak ileri teknoloji biyolojik/fiziksel/kimyasal karakterizasyon sistemleri mevcuttur. Araştırma danışmanı, kök hücreler, biyomalzemeler, doku mühendisliği alanlarında Ar-Ge ve karakterizasyon konularında işbirlikleri, patentler ve çok sayıda yayına sahip bilim insanıdır. Bu zamana kadar akademik kimya sentez/modifikasyon ve tıbbi cihaz sektör tecrübelerimin doktora sonrasında gerçekleştireceğim rejeneratif biyomalzeme geliştirme ve in-vitro karakterizasyonları konularına translasyonu ile akademik etkinliğim önemli ölçüde artacaktır. Araştırma süresince bilimsel yayın, uluslararası multidisipliner proje ortaklıkları ve bulgulara bağlı olarak patent başvuruları yapılabilecektir.