Yapay tendon olarak kullanılmak üzere elektro eğirme yöntemi ile doğal/sentetik polimerik membranların hazırlanması

Abstract

Tendon hasarları bir sportif aktivite veya kaza sonrası sıklıkla karşılaşılan kas-iskelet sistemi problemlerinden biridir. Hafif yaralanmalarda sadece dinlenme ile tedavi edilebilmesi mümkünken kopma, yırtılma gibi daha ciddi durumlarda ileri tedavi yöntemlerine ihtiyaç vardır. Bu tedaviler otogreft, allogreft ya da zenogreft gibi biyolojik greftler ile yapılabilirken, biyobozunur olmayan polimerik sentetik greftlerin kullanılması da diğer bir seçenektir. Ancak hem biyolojik hem de sentetik greftler birçok problemi de beraberinde getirmektedir. Otogreft kullanımında verici bölgenin sınırlı olması ve hasar görebilmesi söz konusuyken, allogreftlerde immün cevap ve hastalık bulaştırma riski en önemli problemdir. Sentetik greftler ise biyobozunur olmadıklarından yeni tendon dokusunun oluşumuna izin vermezler ve bir süre sonra immün cevap artar. Son yıllarda bu tedavi yöntemlerine alternatif olarak doku mühendisliği yaklaşımı geliştirilmiştir. İlgili doku hücresinin biyobozunur 3 boyutlu bir destek yapıda büyütülmesi ve hastaya implantına dayanan bu yöntemde, kullanılacak destek yapı yani doku iskelesinin 3 boyutlu yapısı, biyouyumluluğu, biyobozunurluğu ve mekanik uygunluğu istenilen en önemli özelliklerdir. Tendon doku mühendisliğinde de doku iskelesi materyali olarak polilaktat, poliglikolat, polilaktat-glikolat kopolimeri gibi sentetik biyobozunur polimerler ve kolajen, kitosan, aljinat, ipek fibroin gibi doğal polimerler önerilmiştir. Bunlar arasında ipek fibroin biyouyumluluğu, birçok hücre tipinin büyümesini destekleyici özellikleri, yüksek mekanik dayanımı ile öne çıkar. Tendon için 3 boyutlu yapıların hazıırlanmasında en uygun yöntemler dokunun yapısı gereği fiber temelli yöntemlerdir. Elektroeğirme de bu konuda kullanılan son yılların en ilgi çekici metodlarından biridir. Bu yöntemle nanofiber yapısında membran üretimi mümkündür. Bu tez kapsamında, sentetik polikaprolakton ve doğal ipek fibroin polimerlerinden hazırlanan yönlendirilmiş fiberlere sahip nanofibröz membranlardan oluşan bir doku iskelesi üretilmesi amaçlanmıştır. Polimerlerden yönlendirilmiş fibröz membran üretimi için elektroeğirme yöntemi kullanılmıştır. Elektroeğirme proses şartlarının değiştirilmesi ile istenilen yönlenmede nanofiberlere sahip membranlar başarı ile üretilmiştir. Tasarlanan yapıların tendon dokusuna en yakın mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla membranlar, nanofiberlerin aynı yönde ve birbirine dik açı yapacak şekilde iki faklı biçimde birleştirilerek spiral hale getirilmiştir. Membranlardaki fiber yönlenmesini ve spiral formda hazırlanan doku iskelelerinin morfolojisini incelemek amacıyla Taramalı Elektron Mikroskobu'ndan faydalanılmıştır. Mekanik olarak en iyi kombinasyonun belirlenmesi amacıyla çift katmanlı membranlara çekme uzama testi uygulanmıştır. Anahtar Kelimeler: Tendon, doku mühendisliği, doku iskelesi, biyobozunur polimer, ipek fibroin, polikaprolakton

Tendon injuries are one of the most widely encountered muscle-skeletal system problems caused by sports activity or an accident. The treatment is easy once it is a small defect; however, advanced approaches are needed in more serious conditions such as laceration or tear. While these approaches include using autografts, allografts or xenografts, biodegradable polymeric synthetic grafts are another option for this purpose. It is important to note that both biological and synthetic grafts caused many problems. Tissue engineering approaches are promising as an alternative to the existing treatment options. Tissue engineering ar based on a preparation of a 3D biodegradable scaffold seeded by the cells and implantation to the patient. The most critical issues in scaffold design are 3D structure, biocompatibility, biodegradability and mechanical compliance. For tendon repair and regeneration, scaffolds in fiber or membrane shapes made of different synthetic or natural polymers have been suggested. In the present work, it is aimed to design a scaffolds consist of aligned nanofiber membranes from two different polymers, namely polycaprolactone and silk fibroin. Aligned membranes from both polymers were obtained by electrospinning. As a result of the optimization of processing conditions, the desired alignment was achieved. To have the proper mechanical characteristics, these oriented membranes were combined in different forms as the fiber orientations are perpendicular or parallel to each other. The combined membrane layers were then rolled and glued at the edges in order to obtain spiral shape scaffolds. Optical microscopy and SEM analysis were used to visualize the alignment of membranes as well as the final spiral structure of the scaffolds. The scaffolds were further tested by mechanically to determine the most convenient structural combination of two membranes.Keywords: Tendon, tissue engineering, tissue scaffold, biodegradable polymer, silk fibroin, polycaprolactone, electrospinning