Bone tissue formation on modified polybutylene succinate scaffolds with porcine dental germ stem cells

Abstract

POLİBUTİLEN SUKSİNAT DOKU İSKELELERİ ÜZERİNDE DENTAL JERM KÖK HÜCRELERİNDEN KEMİK DOKUSU OLUŞTURULMASIDoku mühendisliği alanında polimer tasarımı ve kullanımı hücreler için oldukça önemlidir. Bu alanda, hücreler, polimerler ve kimyasal sinyaller olmak üzere üç önemli parametre vardır. Bunlar da doku mühendisliğinin temel yapı taşları olarak bilinir. Bu parametrelerin kullanılması hücresel onarım veya doku oluşumlarına yol açabilir. Polimerler hücre ekimi, hücre çoğalması, ve hücre farklılaşması için uygun substratlara sahiptir. Ayrıca, bunlar mekanik kuvvet ve boyutsal stabiliteye de sahiptir. Yanı sıra, polimerler biyouyumlu, biyolojik olarak bozunabilen, damar oluşumuna ve yeni dokunun gelişmesine imkan sağlayacak gözenekli yapılardır.Kemik doku mühendisliğinde kullanılabilecek uygun iskelelerden biri polibutilen suksinat (PBS) polimeridir. PBS biyolojik olarak parçalanabilen, toksik olmayan bozunma ürünlerine sahip, termoplastik işlenebilen, dengeli mekanik özellikleri olan sentetik bir plastiktir. Diş jerm kök hücreleri doku rejenerasyonu için tercih edilen bir hücre kaynağıdır. Diş jermleri mezenkimal kök hücre içeren, kolaylıkla izole edilip büyütülen ve dondurularak saklanabilen hücrelerdir. Ayrıca, kemik, kıkırdak ve sinir hücrelerine farklılaşabilirler.Bu çalışmada, yüzey modifikasyonunun polimerler üzerindeki etkisini ve doku mühendisliği uygulamalarındaki yerini anlayabilmek için, dental jerm kök hücreleri ekilmiş PBS polimeri kullanılmıştır. PBS iskelelerinin yüzeyi fibronektin ya da laminin ile modifiye edildi. Kemikte meydana gelen kusurları iyileştirmek amacıyla PBS iskeleleri üzerine ekilmiş dental jerm kök hücrelerinin osteojenik potansiyeli üzerinde çalışıldı. Bu çalışmada modifiye edilmiş ve edilmemiş polimer yüzeyinin toksik etkisini araştırmak için MTS testi yapıldı. Diş jerm kök hücrelerinin karakterizasyonu flow sitometri analizi ile gerçekleştirildi. Bunun yanısıra, ALP ve von Kossa testleri ile hücrelerin osteojenik potansiyeli üzerinde çalışıldı. MTS, ALP ve von Kossa sonuçlarını desteklemek amacıyla konfokal mikroskop ve CM-Dil boyama çalışmaları yapıldı. Çalışmanın sonuçlarına göre, diş jerm kök hücrelerinin kemiğe farklılaşmasının, fibronektin ile modifiye edilmiş iskeleler üzerinde daha iyi olduğu gözlendi.

BONE TISSUE FORMATION ON MODIFIED POLYBUTYLENE SUCCINATE SCAFFOLDS WITH PORCINE DENTAL GERM STEM CELLSDesigning and providing a scaffold are very important for the cells in Tissue Engineering. In this area, there are three important parameters that are cells, scaffolds, and chemical signals. These are also known as the basic building blocks of tissue engineering. These can lead to the repair or formation of tissue. Scaffolds have the suitable substrate for cell attachment, cell proliferation and differentiation function. They can also stimulate cellular response, possess mechanical strength and dimensional stability. Besides, scaffold should be biocompatible and biodegradable and have porous interconnected network to facilitate vascularization and growth of newly formed tissue. Surface modification is necesssary for modifying biomaterials to elicit surface properties by the combination of physics and chemistry working together. One of the suitable scaffolds for bone tissue engineering is poly(butylene succinate) (PBS) that is a family of biodegradable synthetic plastics with excellent biodegradability, non-toxic degradation products, thermoplastic processability and balanced mechanical properties. Dental germ stem cells are preferable cell source for the tissue regeneration. Dental germs contain mesenchymal stem cells (MSCs) which can be easily isolated, expanded and cryo-preserved. These cells are able to differentiate into osteo-, adipo- and neuro-genic cells. In this study, Porcine Dental Germ Stem Cells (pDGSCs) seeded polybutylene succinate (PBS) scaffolds were used to investigate the effect of surface modification on these foams in tissue engineering applications. The surface of the PBS scaffolds was modified with either fibronectin or laminin. The osteogenic potentials of pDGSCs on these modified and unmodified foams were examined by using osteogenic differentiation medium to heal bone defects. For this study, MTS cell proliferation assay was used to learn about the cytotoxic effects of modified and unmodified surfaces. For the characterization of pDGSCs, flow cytometry analysis was carried out. Besides, alkaline phosphatase (ALP) test and von Kossa staining were applied to analyze osteogenic potentials of pDGSCs. Confocal microscopy and CM-Dil staining studies were carried out to support MTS, ALP and von Kossa tests. The results of these studies demonstrated that pDGSCs were differentiated into osteogenic cells on fibronectin modified PBS foams better than on unmodified and laminin modified PBS foams.