Kemobriyonik/biyokemobriyonik yapıların kemik doku iskelesi olarak kullanım potansiyelinin değerlendirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında temel olarak kemobriyonik yapıların kemik doku iskelesi olarak kullanım potansiyelinin belirlenmesi amaçlanmıştır. İlk aşamada, kemobriyoniklerin kimyasal bileşimini organik/biyolojik bileşen açısından geliştirmek ve biyoaktif özellik kazandırmak üzere yapıların içeriğine katılımı planlanan 3 farklı mikroalg türü (Arthrospira platensis, Chlorella vulgaris ve Amphora sp.) için uygun ortam koşulları belirlenmiştir. Ardından, kemobriyoniklerin kendiliğinden oluşum mekanizması ve rastgele büyüme profili nedeniyle meydana gelen kontrolsüz yapı gelişimini önlemek amacıyla yeni kimyasal kombinasyonlar kullanarak agaroz destek materyali içerisinde kontrollü enjeksiyon yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntem sayesinde kemobriyoniklerin en büyük dezavantajlarından olan rastgele oluşum mekanizması, üretim sonunda sağlam yapının elde edilmesinde karşılaşılan zorluklar ve paralel üretimler arasında standardizasyonun sağlanamaması sorunları ortadan kaldırılmıştır. Yeni üretim yönteminin geliştirilmesini takiben, kemobriyonik yapısının içeriğine katılmak üzere seçilen 3 farklı mikroalg türü ile yenilikçi ve biyoaktif özelliğe sahip biyokemobriyonik malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yürütülen çalışmalar sonucunda kemobriyonik yapısına %2 konsantrasyonda Amphora sp. ekstresinin entegre edilmesi ile geliştirilen yeni biyokemobriyonik malzemelerin porozite, homojenite, organik bileşen içeriği, amorf faz oluşumu, mekanik dayanım ve biyoaktif özellikler açısından doku iskelesi olarak kullanım için ideal özelliklere sahip olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Tez çalışmasının son aşaması ise kemobriyonik ve Amphora sp. içerikli biyokemobriyonik malzemelerin doku iskelesi olarak kullanımı ile kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerin osteojenik farklılaşma kapasiteleri üzerindeki etkisinin belirlenmesini kapsamaktadır. 28 günlük inkübasyon sırasında gerçekleştirilen analizler kemobriyonik ve biyokemobriyonik doku iskelelerinin her ikisinin de hücre tutunması ve çoğalması için uygun özelliklere sahip olduğunu ve hücrelerin osteojenik farklılaşmasını desteklediğini göstermiştir. Ancak biyokemobriyonik doku iskelesi, içeriğinde yer alan diatom kaynaklı biyosilika sayesinde daha yüksek farklılaştırma başarısı sağlamıştır. Hücre kültürü çalışmaları sonucunda elde edilen veriler dikkate alındığında kemobriyonik yapılar kemik doku iskelesi olarak kullanım için oldukça uygun malzemeler olduğu ve bu yapıların içeriğine entegre edilen diatom kaynaklı biyosilika sayesinde hücrelerin osteojenik farklılaşma kapasitesinin arttığı belirlenerek literatüre ilk kez özgün ve yeni bir yaklaşım kazandırılmıştır.

In this thesis, the main aim was to determine the potential use of chemobrionic structures as a bone tissue scaffold in the field of materials science. Firstly, most appropriate cultivation conditions were determined for 3 different microalgae species (Arthrospira platensis, Chlorella vulgaris and Amphora sp.), which were planned to be integrated into the chemobrionic structures to improve their chemical composition in terms of organic/biological components and bioactive properties. Then, a novel controlled injection method was developed by using an agarose support material with combinations of different chemicals in order to prevent irregular growth of chemobrionics due to their self-organized formation and random growth profile. This method has eliminated the common problems of chemobrionics including, random growth mechanism, fragmentation of structure at the end of production, and non-standard chemobrionic formation between parallel productions. After that, it was aimed to develop a novel and bioactive biochemobrionic material by performing the integration of three different microalgae species into the chemobrionic structure. As a result of these studies, it was concluded that the biochemobrionic material developed by integrating 2% of Amphora sp. extract into the chemobrionic structure had ideal properties for the use as a tissue scaffold in terms of porosity, homogeneity, organic component content, amorphous phase formation, mechanical strength, and bioactive properties. At the last stage of the thesis, it was aimed to evaluate the effect of chemobrionic and Amphora sp. extract containing biochemobrionic materials on osteogenic differentiation capacities of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. 28 days of incubation showed that both chemobrionic and biochemobrionic scaffolds had favorable properties for cell attachment and proliferation, and they promoted osteogenic differentiation of stem cells. It is noteworthy that biochemobrionic material showed higher osteogenic differentiation capacity due to its diatom-derived biosilica content. According to these results as a unique and novel approach brought to the literature for the first time, chemobrionic structures were highly suitable materials for use as bone tissue scaffolds, and diatom-derived biosilica integrated into chemobrionic content improved the osteogenic differentiation capacity of the cells.