Preparation and characterization of cartilage mimicked structures

Abstract

Bu tez çalışmasında, biyouyumlu, sentetik ve elastomerik bir polimer olan PDMS'in yüzey topografisi, sertliği ve kimyası, kıkırdağın mikro-çevresine ayarlanarak, kıkırdak dokusu taklit edilmiştir. Nanoiz yöntemiyle sertlikleri belirlenen PDMS substratları, 2.13±0.150 MPa ve 0.56±0.06 MPa arası sertliklerde sentezlenmiş ve bu değerlerin sağlıklı insan kıkırdağının sertlik aralığında (0.45-0.80 MPa) olduğu görülmüştür. Sağlıklı insan kıkırdağındaki tip II kolajen demetlerinin yönlenme, geometri ve uzunluklarını taklit eden kalıplar tasarlanmış (A= 100, 150, 200 µm; B = 30, 40, 50 µm; C= 30, 40, 50 µm) ve fotolitografi yöntemiyle hazırlanmıştır. PDMS substratların desenlemesi, tasarlanan kalıp kullanılarak yumuşak litografi ile elde edilmiştir. Kıkırdak dokusunun mikro-çevresinin kimyasını taklit etmek için, PDMS substratlar amino asit konjüge kendiliğinden yönlenen moleküller (histidin, lözin ve triptofan) ile tip II kolajen kullanılarak modifiye edilmişlerdir. PDMS substratların sertlikleri nanoiz yöntemi ile ölçülmüş, kimyasal modifikasyonlarının başarısı da X ışını fotoelektron spektroskopisi ve temas açısı ölçümleri kullanılarak kanıtlanmıştır. Karakterizasyon sonuçlarına göre, kıkırdak benzeri sertlik, yüzey kimyası ve yüzey topografisi ile hazırlanan PDMS substratların, kıkırdak doku mühendisliği için bir iyi hücre substratı adayı olduğu görülmüştür.Anahtar sözcükler: Kıkırdak benzeri yapılar, Polidimetil siloksan (PDMS), Sertlik, Amino asitler, Kendiliğinden düzenlenen moleküller (KDM)

In this thesis, micro-environment of cartilage tissue was mimicked by adjusting the surface topography, stiffness and chemistry of polydimethylsiloxane (PDMS) which is a biocompatible synthetic elastomeric polymer. PDMS substrates were synthesized with different stiffness between 2.13±0.150 MPa and 0.56±0.06 MPa which were in the range of healthy human articular cartilage's stiffness (0.45-0.80 MPa) and measured by nanoindendation. A template mimicking the collagen type II bundle alignment, geometry and size of healthy human cartilage tissue were prepared (A= 100, 150, 200 µm; B = 30, 40, 50 µm; C= 30, 40, 50 µm) by photolithography. PDMS substrates with desired patterns were prepared by soft lithography. In order to mimic the chemistry of the cartilage tissue micro-environment, PDMS substrates were modified with amino acid conjugated self-assembled molecules (Histidine, Leucine and Tryptophan) and also with type II collagen. Stiffness of PDMS substrates were analyzed with nanoindentation measurements and chemical modifications of substrates were confirmed by using X-ray Photoelectron Spectroscopy and contact angle measurements. According to the characterization results, prepared substrates with cartilage like stiffness, chemistry and topography are possible cell substrates for cartilage tissue engineering.Keywords: Cartilage-mimicked structures, Polydimethylsiloxane (PDMS), Stiffness, Amino acids, Self-assembled Molecules (SAMs)