Production of antibacterial, biodegradable and biocompatible materials for tissue engineering applications

Abstract

Doku mühendisliği, bozulan doku işlevlerini geri kazandırmayı, korumayı veya iyileştirmeyi amaçlamaktadır. Hücre, biyokimyasal faktörler ve doku iskelesi doku mühendisliğinin anahtar bileşenleri olarak ifade edilmektedir. Doku iskelesi, hücre tutunması, çoğalması, farklılaşması ve hücre dışı matrisi taklit ederek yeni doku oluşumu için bir ortam sağlamasından dolayı doku onarımında çok önemli bir role sahiptir. Bu tezin amacı, kemik ve kıkırdak doku mühendisliği ve yara iyileşmesi uygulamaları için biyobozunur ve biyouyumlu malzemeler üretmektir.Kemik doku mühendisliği bölümünde, hidroksiapatit (HAP) katkılandırılmış ve ipek emdirilmiş üç boyutlu ve gözenekli pamuksu yapıdaki poli (3-hidroksibutirat-ko-3-hidroksi valerat) (PHBV) nanofiber doku iskeleleri ıslak elektro-eğirme ve ardından liyofilizasyon ile üretilmiştir. Üretilen doku iskeleleri, gelişmiş biyoaktivite ve biyo-mineralizasyon eğilimi göstermesi sebebi ile kemik rejenerasyonu için aday bir dolgu malzemesi olarak değerlendirilebilir.Kıkırdak onarımı bölümünde, poli (etilen glikol) diglisidil eter (PEGDE) ile çapraz bağlanmış PHBV nanofiber takviyeli karboksimetil kitosan (CMCht) - ipek hidrojel doku iskeleleri hazırlanmıştır. Tasarlanan doku iskeleleri darbe sönümleme kabiliyeti, termal kararlılık, basma dayanımı ve kondrojenik farklılaşma açısından iyi özellikler sergilemiş ve kıkırdak dokusu onarımı için umut verici bir malzeme olduğu gösterilmiştir. Yara iyileşmesi bölümünde, modifiye pamuk hidrojel yara örtüleri antibakteriyel nisin ilave edilmesi ve CMCht-aljinat emdirilmesi ile üretilmiştir. Yara örtülerinin modifikasyon sonrasında gözenekli yapılarını korumaları, yüksek su tutma kapasitesine sahip olmaları, viskoelastik özellik ve gram-pozitif Staphylococcus aureus bakterilerine karşı antibakteriyel aktivite göstermelerinden dolayı, akut yaralar için yara örtüsü olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Tissue engineering aims to restore, maintain, or improve damaged tissue functions. Cells, biochemical factors, and scaffolds are referred to as the key components of tissue engineering. The scaffold has a crucial role in tissue regeneration process by providing a microenvironment for cell attachment, proliferation, and differentiation, and new tissue formation by mimicking an extracellular matrix. This thesis aimed to produce biodegradable and biocompatible materials for bone and cartilage tissue engineering as well as wound healing applications. In the bone tissue engineering part, three dimensional and porous hydroxyapatite (HAP) incorporated and silk impregnated poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxy valerate) (PHBV) nanofibrous cotton wool-like scaffolds were fabricated by wet-electrospinning followed by freeze-drying techniques. The produced scaffolds exhibited improved bioactivity and biomineralization tendency and therefore, it can be evaluated as a candidate filling material for bone regeneration.In the cartilage regeneration part, PHBV nanofiber reinforced carboxymethyl chitosan (CMCht) - silk hydrogel scaffolds that were cross-linked by poly (ethylene glycol) diglycidyl ether (PEGDE) were prepared. The designed scaffolds demonstrated good properties in terms of damping capability, thermal stability, compressive strength, and chondrogenic differentiation as an indication of being a promising material for cartilage tissue regeneration.In the wound healing part, modified cotton hydrogel wound dressings were produced by antibacterial nisin incorporation and CMCht-alginate impregnation. It was concluded that the produced dressings would be used as wound dressings for acute wounds due to the fact that they retained their porous structures after modification, had high water up-take capacity, exhibited viscoelastic properties and antibacterial activity against gram-positive Staphylococcus aureus bacteria.