Bone surface microenviroment mimicked biodegredable scaffolds for osteogenic stem cell differentiation

Abstract

Yüzeyin pürüzlülüğünün, topografisinin ve sertliğinin, bunun yanı sıra yüzeylerin kimyasal ve/veya biyokimyasal içeriğinin değişimi; doku mühendisliği alanında geliştirilecek yeni biyoprotezler için önemli olan hücre-yüzey, ara yüzey karakteristiğini ve hücresel davranışları etkileyebilmektedir. Bu sebeple bu tezde, kemik yüzey mikro-çevresinin taklidi amaçlanmıştır. İlk olarak, kalıp üretebilmek için, sığır femur yüzeyi polimetilsiloksan (PDMS) kullanılarak taklit edilmiştir. Biyobozunabilen bir polimer olan, poli (L-laktik asit) (BSM) doku iskeleleri kemik yüzeyini taklit edebilmek için bir kalıba dökülmüştür. Daha sonra, kemik morfojenik protein-2 (BMP-2) iskeleler üzerine yüklenmiş ve salım profili Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) ile in vitro koşullarda incelenmiştir. BSM iskeleleri, kemiğin doğal mikro-çevresine benzer iskeleler oluşturulması için hidroksiapatit (HA) ya da tip 1 kolajen (Col-I) ile modifiye edilmiştir. Modifiye doku iskeleleri Su Temas Açısı ölçümü, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), X-Işınları Kırınım Cihazı (XRD) ve Fourier Dönüşümlü Infrared Spektrofotometre (FTIR) ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon çalışmalarını hücre kültürü çalışmaları izlemiştir. Doku iskeleleri üzerine ekilen hücrelerin canlılığını analiz etmek için, MTT yapılmıştır. Doku iskeleleri üzerinde hücre çoğalmasını incelemek için Alamar Mavisi yapılmıştır. Modifikasyoların in-vitro koşullarda kontrollü ve indüklenmiş osteojenik farklılaşma üzerindeki etkisi, Alizarin Kırmızı, alkalin fosfataz aktivitesi analizi ve SEM EDAX testleri kullanılarak değerlendirilmiştir.

The change of the surface roughness, topography and stiffness as well as the chemical and/or biochemical components of the surfaces; might affect the cell-surface, cell-scaffold interface characteristics and may influence cellular behavior, which are important to investigate new bioprosthesis for tissue engineering applications. Thereby, in this thesis, mimicking bone surface microenvironment was aimed. Firstly, to produce a mould, bovine femur surface was mimicked by using Polydimethylsiloxane (PDMS). A biodegradable polymer, Poly (L-Lactic acid) was poured on the mould to obtain bone surface mimicked (BSM) scaffolds. Then, Bone Morphogenic Protein-2(BMP-2) was loaded on the scaffolds and its release profile was examined in-vitro conditions with Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA). BSM scaffolds was modified either with hydroxyapatite (HA) or collagen type-I (Col-I) to construct these scaffolds, similar to the bone's natural micro- environment. Modified scaffolds were charac- terized with Water Contact Angle (WCA) measurements, Scanning Electron Micro- scope (SEM), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-Ray Diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Characterization studies were followed by cell culture studies. To analyze cell viability on the scaffolds, MTT was performed. To examine cell proliferation on the scaffolds, Alamar Blue was performed. The effect of the modifications on the controlled and directed osteogenic differentiation in in-vitro conditions was evaluated by using Alkaline Phosphatase Activity analysis, Alizarin Red and SEM EDAX tests.