Kemik Doku Mühendisliği Çalışmaları Için Tendon Hücre Dışı Matriks Temelli Manyetik Özellikte Halloysit İskelelerinin Hazırlanması Ve Karakterizasyonu


Koç Demir A. (Executive), Elçin A. E.

TUBITAK Project, 2021 - 2022

  • Project Type: TUBITAK Project
  • Begin Date: May 2021
  • End Date: August 2022

Project Abstract

KDM, çeşitli kemik hastalıkları, tümörler ya da kırıklar neticesinde ortaya çıkan kemik hasarlarının tedavisini alternatif yaklaşımlarla gerçekleştirmeyi hedeflemektedir.Bu yaklaşımda temel prensip hücre, biyomalzeme ve çeşitli biyoaktif moleküllerin bir araya getirilmesi ile hedeflenen doku ve/veya organa spesifik üç boyutlu, fonksiyonel biyolojik sistemlerin tasarlanması ve geliştirilmesidir. Hedefe başarılı bir şekilde ulaşmayı sağlayan en önemli unsurlardan biri, hücreler için ‘yapay kültür ortamını’ taklit edecek, en ideal üç boyutlu, biyouyumlu ve biyobozunur biyomalzemelerin geliştirilmesidir.Malzeme seçiminde, tedavisi yapılacak organ ya da dokunun özellikleri belirleyici olmaktadır.Kemik matriksi organik (%22) ve inorganik (%70) bileşenlerden oluşan kompakt bir yapıdadır. Bu bağlamda, in vitro ortamda en uygun modellemeyi sağlamak için sentetik veya doğal kaynaklı polimerlerin, seramikler ile birleştirilmesiyle geliştirilen kompozit malzemelerin kullanımı tercih edilmektedir. Son yıllarda amaca yönelik olarak farklı doku veya organlardan elde edilen doğal hücre dışı matriks (HDM) yapıları, sahip olduğu biyolojik avantajlardan dolayı özellikle doku mühendisliği uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. HDM, hücrelerin mikroçevrelerini taklit ederek hücrelere tutunup, çoğalabileceği bir ortam sunmakla birlikte, hücre iletişimi, göçü ve farklılaşması gibi hücresel süreçlerde de aktif rol oynamaktadır.Kemik matriksinin inorganik yapısını oluşturan HA’e alternatif olarak, insan yaşamında ve birçok organizmanın var olmasında önemli bir yere sahip olan halloysit kil nanotüpleri (HNTs) DM çalışmalarında kullanılmaktadır. HNT kaolindeki alüminosilikat tabakalarının birkaç kere kıvrılmasıyla oluşan, tübüler yapıdaki nanomateryallerdir. Yüksek yüzey alanı, içi boş tüp yapısı, iç ve dış yüzeylerinin farklı yüklere sahip olması gibi özellikleri sayesinde pek çok farklı alanda yapılan çalışmaların temel bileşeni haline gelmiştir. KDM çalışmalarında manyetik iskelelerin kullanımı gittikçe önem kazanmaktadır. Bu kapsamda, manyetik demir oksit nanopartikülleri sahip oldukları biyouyum, süperparamanyetik davranışları ve kimyasal kararlılıklarından dolayı ilk tercih edilen nanopartiküller arasında yer almaktadır. HNT sahip olduğu nanotübüler yapısından dolayı manyetik metal oksitler için immobilizasyon substratı olarak düşünülebilir. HNT ve demir oksit nanopartiküllerinin avantajlarının biyoaktif manyetik bir iskele üretmek için bir araya getirilmesi ile geliştirilecek malzemenin doku mühendisliği çalışmalarına önemli katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Bu yaklaşımdan yola çıkarak yapılması planlanan bu proje çalışması kapsamında; HNT, manyetik demir oksit ile modifiye edildikten sonra, modifiye edilen bu kompozitin jel formunda HDM(t-HDM) yapısına ilave edilmesi ile biyokompozit iskelelerin hazırlanması planlanmaktadır. Yapılan literatür araştırmasında, hücresizleştirilmiş doğal t-HDM ile demir oksit-halloysit nanokompozitten mamül biyomalzemelerin kullanımıyla kemik gelişimini desteklemek için yapılan bir çalışmaya rastlanmamıştır.Bu çalışmanın amacı KDM iskelelerin geliştirilmesi, karakterize edilmesi ve hazırlanan iskelelerin KDM uygulamaları için uygulanabilirliğinin değerlenmesidir. Bu amaçla, (i) sığır tendonundan HDM elde edilecek ve karakterize edilecek, (ii) HNT demir oksit ile modifiye edilecek ve karakterize edilecek, (iii) t-HDM ve Fe3O4-HNT birlikte kullanımı ile biyokompozit iskeleler elde edilecek ve karakterize edilecek, (iv) iskelenin in vitro uyumluluğu ve biyoaktiviteleri test edilecek, (v) hücreler (MKH veya MC3T3-E1) elde edilen kompozit doku iskelesine tohumlanacak, (vi) iskele yüzeyinde bulunan hücrelerin canlılığı ve osteojenik kapasiteleri MTT, histolojik analizler ve SEM gibi teknikler ile incelenecektir.