The use of boron nitride nanotubes and hexagonal boron nitrides in gene silencing, tissue engineering and wound healing

Abstract

Bor nitrür bazlı nanomateryallere, daha spesifik olarak bor nitrür nanotüpler ve hegzagonal bor nitrürlere (BNNT ve hBN), karşı artan bir ilgi vardır. Çünkü bunlar düşük yoğunlukları, saydamlıkları, antioksidan kapasiteleri, geniş bant aralıkları, ısı iletkenlikleri, yüksek kimyasal kararlılıkları ve mekanik güçleri sayesinde dolgu maddesi, antibakteriyel madde, koruyucu kaplama, kayganlaştırıcı, bor nötron yakalama terapisi ajanı, ilaç için nanotaşıyıcı ve kemo/biyo-sensör olarak kullanılabilir. Bu tezde, BNNT ve hBN'lerin nanotaşıyıcı olarak gen susturmada, dolgu maddesi olarak doku mühendisliğinde ve terapötik ajan olarak yara iyileşmesinde kullanımı araştırılmıştır. Nanomalzemelerin sentezi ve karakterizasyonundan sonra, sitotoksik doz saptanmıştır (100 µg/mL'a kadar), ve daha sonraki deneyler belirlenen dozlarla sürdürülmüştür. İlk olarak, BNNT'ler gen susturmada taşıyıcı özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Çalışmada, hazırlanan nanovektör standart transfeksiyon ajanı ile karşılaştırılmış ve lusiferaz genini susturma açısından yüksek verimli olarak bulunmuştur (hedef genin aşağı-regülasyonu yaklaşık yüzde 28). Daha sonra, BNNT veya hidroksillenen BNNT (BNNT-OH)'ler jelatin-glukoz doku iskelesinin içerisine doku mühendisliğinde kullanılan doku iskelesinin gücünü arttırmak için eklenmiştir. BNNT eklenen doku iskelelerinde mekanik gücün arttığı bulunmuştur, ve kopma esnasındaki yüksek gerilim stresi (0,77 MPa) ve yüksek uzama (yüzde 27,2) miktarı gözlenmiştir. Daha saf olması için reaksiyon karışımında bir katalizör kullanılmadan sentezlenen hBN'ler yara iyileşmesini hızlandırmak için kullanılmıştır. hBN'lerin degredasyon ürününün borik asit (BA) olduğu varsayıldığı için, hBN'ler ve BA karşılaştırılmalı olarak in vitro yara iyileşmesi çalışmalarında değerlendirilmiştir. Bu çalışma, hBN'lerden salınan bor türevlerinin yara iyileşmesini arttırabileceğini ileri sürmüştür. hBN ve BA'nın karşılaştırmalı değerlendirmesi hBN'nin düşük derişimde (25 ve 100 µg/mL) yara iyileşmesini hızlandırdığı ve yeni damar oluşumunu arttırdığını göstermiştir (25 µg/mL derişimde). Bu sayede hBN'ler yara iyileşmesi tedavisinde potansiyel bir terapötik seçenek olabilir.

There is an increased interest into boron nitride based nanomaterials, more specifically boron nitride nanotubes and hexagonal boron nitrides (BNNTs and hBNs) since they can be used as filler, antibacterial agent, protective coating, lubricant, boron neutron capture therapy agent, nanocarrier for drug delivery and chemo/bio-sensor with their unique features including low density, transparency, antioxidation capacity, wide band gap, thermal conductivity, high chemical stability and mechanical strength. In this thesis, the use of BNNTs and hBNs were investigated for their use in gene silencing as a nanocarrier, tissue engineering as a filler and wound healing therapy as a therapeutic agent. After the synthesis and characterization of the nanomaterials, the cytotoxic dose was detected (up to 100 µg/mL), and the further experiments were continued with the determined dose. First, BNNTs were evaluated for their carrier properties for gene silencing. In the study, the performance of the prepared nanovector was compared to a standard transfection agent, lipofectamine, they found as highly efficient for silencing luciferase (down-regulation of target gene around 28 per cent). Then, BNNTs or hydroxylated BNNTs (BNNT-OH) were added into gelatin-glucose scaffolds to improve the strength of the scaffold used in tissue engineering. It was found that the mechanical strength was increased, and a high tensile stress at break (0.77 MPa) and a high elongation at break (27.2 per cent) were observed in BNNTs included scaffolds. hBNs synthesized without using a catalyst in the reaction mixture for a purer batch were used to accelerate would healing. Since it was hypothesized that the degradation product of hBNs was boric acid (BA), hBNs and BA comparatively evaluated for in vitro wound healing studies. The study suggested that the released boron derivatives from the hBNs could enhance the wound healing. The comparative evaluation of hBNs and BA indicated that hBNs accelerated the wound closure at low concentration (25 and 100 µg/mL) and showed enhanced angiogenic activity (at 25 µg/mL concentration); thus, it might be a potential therapeutic option in wound healing therapy.