Bone surface mimicked biodegradable polymeric scaffolds

Abstract

Bu tez çalışmasında, kemik yüzey topoğrafyası biyobozunur bir polimer iletaklit edilmiştir. İlk bölümde, kemik yüzey topoğrafyasi taklit edilmiş ve yumuşaklitografi tekniği kullanlarak polidimetilsiloksann (PDMS) yüzeyine aktarlmıitır. Eldeedilen PDMS kalıbı kullanılarak kemik yüzeyi taklit PLA (KYT-PLA) doku iskelerihazrlanmıtır. En iyi taklit koşullarını belirlemek için, PLA doku iskelelerinin derişimi (%2.5-10.0 w/v) ve bekleme süresinin (buharlaşıncaya kadar-24 saat) etkisi taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. SEM karakterizasyonu sonucunda %10 PLA derişimi ve 24 saat bekleme süresi en iyi taklit koşulları olarak belirlenmiştir. Kemik yüzeyi taklit prosedürünün etkinliği de SEM ile incelenmiştir. Sonuç olarak, KYT-PLA doku iskeleleri aynı kemik ve PDMS yüzeyi bir çok kez kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen KYT-PLA doku iskelelerinin yüzey karakterizasyon sonuçlar, yüzey hidrofobikliği ve pürüzlülüğünün hücre tutunmasına olanak sağlayacak şekilde geliştirildiğini göstermiştir. İkinci bölümde, in-vitro bozunma çalışmaları kütle kaybı ve morfolojik olarak, ve kümülatif ilaç salınım testleri yaplmıtır.Düz PLA doku iskeleleri, KYT-PLA doku iskelelerine göre fosfat tompon çözeltisi(PBS) içerisinde daha hızlı bozunmuştur. İlaç salınım profil oranlarında da aynı sonuç görülmüştür. Tezin son bölümünde, yüzey topoğrafyasının insan kemik iliği mezenkimal kök hücrelerinin (hBM MSCs) canlılığı ve farklılaşmasna etkisi elde edilen KYT-PLA doku iskeleleri kullanılarak incelenmiştir. Bu sonuçlar, KYT doku iskeleleri üzerinde kök hücre etkileşiminin gelecek vaadeden bir çalışma olduğunu ve osteojenik kök hücre farklılaşma potansiyeli ile bunun biyolojik olarak uygunluğunu vurgulamaktadır.Bu sebeple, elde edilen KYT-PLA doku iskelelerinin, kemik doku mühendisliği uygulamaları için yüzeyde 3 boyutlu doku iskeleleri üretimi ve kök hücrelerinin farklılaşmasına yol göstereceği yönünde büyük bir potansiyel teşkil ettiği öngörülmektedir.

In this thesis, bone surface topography was mimicked by a using biodegradable polymer. In the first part, bone surface topography was mimicked and transferred to the polydimethylsiloxane (PDMS) surface using soft lithography technique. Bone surface mimicked Polylactic acid (BSM-PLA) prepared by solvent casting using the PDMS as a mold. The effect of PLA concentration (2.5-10$/%$ (w/v) in chloroform) and casting time (as evaporated-24 h) were investigated to obtain best mimicking conditions. After characterization of BSM-PLA scaffolds by scanning electron microscopy (SEM), the best mimicked scaffolds were obtained at 10$/%$ PLA concentration and 24 h casting time. The effectiveness of bone mimicking procedure was also investigated by SEM. As a result, same bone and PDMS surface could be used several times to fabricate BSM-PLA scaffolds. The fabricated BSM-PLA scaffolds' surface characterization results showed that the fabricated BSM-PLA surface hydrophobicity and roughness were improved to guide cells attachment. In second part, in-vitro degradation in terms of weight loss and morphology, and cumulative drug release tests were performed. Compared with the BSM-PLA, plain PLA scaffolds degraded more rapidly in phosphate buffer solution (PBS). The result was the same for the rate of drug release profile in PBS as well. For the last part of the thesis, the effect of surface topography on human bone marrow mesenchymal stem cells (hBM MSCs) viability and differentiation were investigated using BSM-PLA scaffolds. According to these results, stem cell incorporation onto BSM scaffolds as a future trend is addressed shortly highlighting the immense potential for osteogenic stem cell differentiation that features high adaptiveness to the biological environment. Consequently, the developed BSM-PLA scaffolds are predicted to have a great potential on the surface 3D scaffolds fabrication and guidance of stem cells that are provided for bone tissue engineering applications.