Fabrication of bone surface mimicked biodegradable chitosan-graphene oxide nanocomposite membranes

Abstract

Biyomalzeme ve doku mühendisliği uygulamaları, hasar görmüş kemik dokusunu iyileştirmek için umut vaadetmektedir. Biyomalzeme ve hücreler arasında direk etkileşim oluşmaktadır ve yüzey özellikleri hücre yanıtlarını değiştirme yeteneğine sahiptir. Bu tezde, kitosan ve grafen oksit kullanarak biyobozunur, kemik yüzey topografisini taklit etme yeteneğine sahip membranların üretilmesi hedeflenmiştir. Kemik yüzeyindeki mikro ve nanoyapılar, polidimetilsiloksan (PDMS) ve yumuşak litografi kullanılarak kopyalanmıştır. İnsan kemik hücresi (hFOB 1.19), yüzey topografi ve grafen oksit etkisini değerlendirmek için kullanılmıştır. Osteokonduktifliği arttırmak için yüzeyler nanopartikül hidroksiapatit (HA) ile modifiye edilmiştir. Membranların fiziksel ve kimyasal karakterizasyonları, taramalı elektron mikroskobu, eşodaklı mikroskop ve spektroskopi teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. Kemik yüzey topografisinin başarı ile taklit edildiği taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve eşodaklımikroskop ile görülmüştür. CH, GO membranlarının ve HA modifikasyonlarının kimyasal içerikleri FT-IR, XPS, Raman ve XRD spektroskopi teknikleri ile elde edilmiştir. hFOB hücre morfolojisi 7. günde SEM kullanılarak görüntülenmiştir. HA modifikasyonunun ve kemik yüzey taklidinin daha fazla yüzey alanı yaratması sebebiyle, hücre yayılmasının arttığı ve yüzeylerin hücreler ile kaplandığı gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak, normal CH ile karşılaştırıldığında GO ekleme hücre yayılımında olumlu etki yaratmıştır. Hücre canlılığı MTT testi gerçekleştirilerek analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, hücre canlılığının kemik yüzey taklidi membranlarda arttığını göstermiştir.

Biomaterials and tissue engineering applications are promising to heal defected bone tissue. Direct interaction of cell and biomaterial surface occurs and surface properties are able to change cellular responses. In this thesis, it was aimed to fabricate chitosan (CH) and graphene oxide (GO) based biodegradable membranes, which are able to mimic natural bone surface topography. Micro and nanostructures of bone surface was copied by soft lithography technique with using polydimethylsiloxane(PDMS). Human osteoblast cells (hFOB 1.19) were used to evaluate effects of surface topography and GO addition. Surfaces were modified with hydroxyapatite (HA) nanoparticles to enhance osteoconductivity. Physical and chemical characterization of membranes was performed by scanning electron microscopy, confocal microscopy and spectroscopy techniques. SEM and confocal microscopy imaging of membranes showed that bone surface topography mimicked, successfully. Spectroscopy techniques, namely FT-IR, XPS, Raman and XRD demonstrated chemical compositions of CH, GO and HA modification. hFOB cell morphology was evaluated by using SEM at day 7. HA modification and bone surface mimicking provided more surface area, so that spread of cell was increased and surface of membranes covered with the cells. In addition, GO addition had positive impact on cell spreading when it is compared with pure CH. Cell viability was analyzed by performing MTT assay. The obtained results demonstrated that cell viability increased in bone surface mimicked membranes.