Silikon biyomateryallerin hazırlanması, yüzey modifikasyonu ve hücre-biyomateryal etkileşimi

Abstract

ÖZET Sunulan çalışmada, mikrotaşıyıcı destekli hücre kültür sistemlerinde kullanılmak üzere silikon bazlı bir taşıyıcı sistemin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Silikon taşıyıcı temel matrlksl olarak polidimetilsiloksanol (PDMS-OH) seçilmiş, uygun çapraz bağlayıcı (metlitrıetoksisilan) ve katalizleydi (dibütilın dilaurat) varlığında gerçekleştirilen süspanslyon-çapraz bağlanma mekanizmasıyla istenilen boy ve boy dağılım aralığında, küresel silikon partlküller hazırlanmıştır, Partlkül yoğunluğu yapıya ilave edilen sflika partikülleriyle ayarlanmıştır, Ayrıca, silikon yapıların fizikokimyasal özelliklerini daha detaylı bir biçimde incelemek amacıyla, aynı süspanslyon-çapraz bağlanma mekanizması izlenerek film halinde silikon yapılar da hazırlanmıştır. Partikül ve film yüzeyleri kimyasal ve plazma polimerızasyon yöntemleriyle modîfiye edilerek hücre yapışması ve yayılması açısından uygun duruma getirilmiştir. Partikül boy ve boy dağılımı elek analizi ve optik fotoğraflarla, çapraz bağ yoğunluğu heptan ortamındaki şişme değerleriyle, partikül yoğunluğu ise piknometrlk olarak saptanmıştır. Partikül, film yüzey ve kesit yapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM) tekniğiyle incelenmiştir, Silikon filmlerin yüzey enerjilerini incelemek üzere temas acısı (e) değerleri hava ve oktan kabarcıkları İçin saptanmıştır. Fibroblastik yapıdaki Baby Hamster Kidney (BHK) hücreleriyle yürütülen kültür çalışmalarında hücre yapışma, yayılma ve üreme karakteristikleri saptanmıştır. Çalışmada bulunan önemli sonuçlar aşağıda sıralanmıştır. ? Yüzey aktif madde miktarı partlkül boy ve boy dağılımını önemli ölçüde etkilemektedir.Çapraz bağlayıcı madde miktarı arttıkça, polimen'k yapının çapraz bağ yoğunluğu artmakta ve buna bağlı olarak heptan ortamındaki sisme değerleri azalmaktadır. ? Yapıya ilave edilen silika partikülleri yoğunluk ve mekanik dayanımı arttırmaktadır. Silika miktarının değiştirilmesiyle istenilen yoğunluk miktarına ulaşılmaktadır (1.335 g/mî). ? Hücre kültür çalışmaları modifiye edilmemiş polidimetilsiloksan yüzeylerde hücre yapışma ve yayılmasının gerçekleşmediğini, kimyasal modifikasyon işlemiyle %15'e varan yapışma kesri değerlerine ulaşılırken, amınoalkilsilan plazmasıyla modifikasyon sonucunda yapışmanın önemli oranda arttığım (%75) göstermiştir. Bu durum yüzey modifikasyon işleminde plazma polimerizasyon yönteminin daha etkin olduğunu kanıtlamaktadır. Ayrıca, silikon.filmlere ait temas açılan değerlendirildiğinde plazma ile modifiye edilmiş yüzeyin serbest enerjisinin arttırıldığı, dolayısıyla yüzeyin yüksek hücre yapışma davranışı gösterdiği saptanmıştır. ? Hücre yapışma ve üreme kinetiğinin matematiksel analizi silikon filmler için özgül yapışma hız sabitinin 0.0206-0.0361 dak-1 aralığında değiştiğini ve silikon mikrotaşıyıcılar için özgül üreme hız sabitinin 0.678 gün-l değerinde olduğunu göstermiştir.

SUMMARY The aim of this study is to produce 8 novel silicone based rnicrocarrier for cell cul turing. Polydirnethylsilaxanol was selected as the basic material and spherical silicone particles in the desired size distribution were prepared based on suspension-crosslinking mechanism in the presence of proper cross-linking agent (methyl -3- ethoxysilane) and catalyst (dibuthlyn dilaurate). Polymeric particle density was controlled with the amount of silica particles incorporated into the structure. Particle surface properties were modified, using chemical and plazma polymerization techniques in order to achieve better cell attachment and spreading characteristics on the surfaces. Particle size and size distribution were determined by screen analysis and optical micrographs. Equilibrium swelling values were employed in order to calculate the cross-linking density of the particles. The particle density is determined, using picnornetric method. The surface and cross-sectional characteristics of the. particles and films were investigated, with the help of scanning electrone microscope (SEM). The contact angle (e) values of the silicone films were calculated for air and n-octane bubbles to specify the surface energies of the particles. The cell attachment, adhesion and growth characteristics were investigated in the cell culturing studies with Baby Hamster Kidney (BHK) ceils in fibroblastic structure. Some of the significant results found in the study are listed below. ? The amount, of surface-active agent affected strongly particle size and size distribution.Vil * An increase in the amount of cross-linker was resulted an increase in the cross-linking density of the polymeric structure which caused a decrease in the equilibrium swelling value. ?. The density and mechanical strength of the polymeric particles increased with increasing arnout of the silica particles incorporated to the structure. The desired density could be obtained by changing the silica content of the particles. * No attachment and spreading were observed in the unmodified polydirnethylsiloKane surfaces. But the adhesion were increased up to 15 % with chemical modification, and 75 % by using plazma polymerization technique. This result showed that plazma polymerization was an effective method in order to modify the particle surface. The evaluation of contact angle values of the silicone films showed that, the surfaces became convenient for the cell adhesion due to an increase in the free energy. * The mathematical analysis of the cell adhesion and growth kinetic showed that; the spesific adhesion constant was changed in the range of 0.0206-0.0361 mirr1. The spesific growth constant was calculated as 0.678 day-1 for silicone microcarriers.