Kemik doku mühendisliğine yönelik çok katmanlı karbon nanotüp katkılı poli (laktik asit) / polivinilpirolidon biyokompozit nanofiberlerin sentezlenmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Tez çalışmasının amacı, kemik doku mühendisliğine yönelik, (-OH) veya (-COOH) ile fonksiyonelleştirilmiş çok katmanlı karbon nanotüp (ÇKNT) içeren poli(laktik asit) (PLA)/polivinilpirolidon (PVP) kompozit fibröz iskelelerin elektro-eğirme tekniğiyle geliştirilmesi, karakterizasyonu ve in vitro etkinliğinin değerlendirilmesidir. Öncelikle poli (laktik asit) (PLA)/Polivinilpirolidon (PVP) polimerlerinden kütlece %10 (w/v) PLA ile %2 (w/v) PVP polimerlerini içeren çözelti, hacimce 70:30 (v/v) oranında tetrahidrofuran (THF): dimetilformamid (DMF) çözücü karışımında hazırlanarak kontrol grubunu oluşturan iskele üretilmiştir. Daha sonra bu polimer karışımına ÇKNTCOOH veya ÇKNTOH %0,25, %0,5 ve %1,0 (toplam polimer kütlesince w/w) oranlarında eklenerek kompozit fibröz iskelelerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen fibröz iskelelerin morfolojik, fizikokimyasal ve mekanik özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), X-ışını kırınımı (XRD), yüzey temas açısı, hidrolitik bozunma ve çekme dayanımı analizleri ile belirlenmiştir. Ayrıca, preosteoblastik MC3T3-E1 hücreleriyle yapılan in vitro hücre proliferasyonu çalışmasıyla doku iskelesi olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. SEM ve AFM sonuçlarına göre tüm iskeleler boncuksuz ve düzgün morfolojide üretilmiştir. FTIR spektrumları tüm iskele bileşenlerinin karakteristik özelliklerini koruduğunu; XRD kırınım desenleri ise PLA'nın belirgin özellik gösterdiğini ve tüm iskelelerin amorf yapıda olduğunu göstermiştir. Hem ÇKNTCOOH hem de ÇKNTOH içeren iskelelerin hidrofilisiteleri ve çekme dayanımları derişimleriyle doğru orantılı olarak artmıştır. Hidrolitik bozunma sonucu, 63 günün sonunda %74,4 ile en yüksek kütle kaybı %1,0 ÇKNTCOOH içeren iskelede görülmüştür. 1, 4 ve 7 günlük MTT analizi sonucunda, tüm iskelelerin MC3T3-E1 hücreleri üzerinde toksik bir etki göstermediği ve ÇKNTCOOH içeren iskelelerin saf PLA/PVP ve ÇKNTOH içeren iskelelere göre daha yüksek hücre proliferasyonuna izin verdiği sonucuna ulaşılmıştır. Sonuç olarak, ÇKNTCOOH'ün doku mühendisliği uygulamaları için en ideal aday olduğu bulunmuştur.

The aim of this thesis is to develop, characterize and evaluate the in vitro efficacy of PLA/PVP composite fibrous scaffolds containing (-OH) or (-COOH) functionalized CNT for bone tissue engineering. Firstly, the solution containing 10% (w/v) PLA and 2% (w/v) PVP polymers was prepared in a solvent mixture of tetrahydrofuran (THF): dimethylformamide (DMF) at a ratio of 70:30 (v/v) as a control group. Then, to this polymer mixture, CNT-COOH or CNT-OH was added in the ratio of 0.25%, 0.5% and 1.0% (w/w of the total polymer mass) to produce composite fibrous scaffolds. Morphological, physicochemical and mechanical properties of fibrous scaffolds were determined by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), surface contact angle, hydrolytic degradation, and tensile strength analyses. According to SEM and AFM results, all scaffolds were produced with bead-free and uniform morphology. FTIR spectra show that all scaffold components retain their characteristics; XRD diffraction patterns showed that PLA showed prominent features and all scaffolds were amorphous. The hydrophilicity and tensile strengths of scaffolds containing both CNT-COOH and CNT-OH increased in direct proportion to their concentration. As a result of hydrolytic degradation, the highest mass loss was observed at 74.4% at the end of 63 days on the scaffold containing 1.0% CNT-COOH. MTT analysis of 1, 4 and 7 days showed that all scaffolds had no toxic effect on MC3T3-E1 cells and scaffolds containing CNT-COOH allowed higher cell proliferation than scaffolds containing pure PLA/PVP and CNT-OH. In conclusion, CNT-COOH is the most suitable candidate for tissue engineering applications.