Kıkırdak doku mühendisliği için enjekte edilebilir ısı duyarlı hidrojel sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında kıkırdak doku mühendisliğinde temporamandibular eklem rahatsızlıkları tedavisi için kullanılabilecek enjekte edilebilir ve ısı duyarlı poloxamer (P407) ve heparin bazlı hidrojel sentezlenmiştir. Hidrojeller su tutma kapasitesi yüksek, biyouyumlu biyomalzemeler olması sebebiyle kıkırdak doku mühendisliği çalışmalarında popüler olarak kullanılmaktadır.Poloxamer polimeri ve Heparin kimyasal yöntem (EDC/NHS) ile birleştirilmiştir. Böylece mekanik özelliklerinin güçlendirilmesi ve biyolojik olarak iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Elde edilen kopolimer Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve Mikro-bilgisayarlı tomografi ile kimyasal ve morfolojik olarak incelenmiştir. Toluidine mavisi testi ile polimere bağlanan heparin miktarı hesaplanmıştır. Kopolimer, distile su ile %20, %25 ve %30(v/w) konsantrasyonlarda hazırlanmış POL ve HEP3 hidrojelleri viskozite testinde; %25 konsantrasyonda hazırlanan POL ve HEP3 hidrojelleri reolojik testlerde kullanılmak üzere seçilmiştir. Temporamandibular eklem bölgesini mimiklemek amacıyla hyaluronik asit (HA) ile hazırlanmış besin ortamıyla L929 (fare fibroblast hücresi) ve ATDC5 (kıkırdak hücresi) hücre hatları ile MTT ve Live&Dead sitotoksisite testleri yapılmıştır.FTIR sonucunda kopolimerin yapısında poloxamer ve Heparin olduğu görülmüştür. Mikro-bilgisayarlı tomografi sonucunda ise hidrojellerin yarı çapı 0,02 mm olarak ölçülmüş ve hücre tutunması için uygun bulunmuştur. Reolojik testlerin sonucunda POL ve HEP3 hidrojellerinin viskoelastik özelliklerinin temporamandibular eklem bölgesindeki hareketliliğe uyumlu olduğu görülmüştür. Özellikle HEP3'ün bu bölgede lublikant olarak kullanılabileceği ve hareketi arttıracağı sonucuna varılmıştır. Hasta bireydeki HA miktarı ve hastalığın ilerleyen seviyesine göre değişecek disk miktarı göz önüne alınarak tasarlanmış sitotoksisite testlerine göre hidrojeller her iki hücre hattı için %70 canlılık sınırının üzerinde biyouyumluluk göstermiştir. Ayrıca POL hidrojelinde ölü hücre sayısının HEP3 hidrojeline göre fazla olduğu gözlemlenmiştir. Bu sonuçlara bakılarak heparin kullanılarak sentezlenmiş HEP3 hidrojeli, temporamandibular eklem rahatsızlıklarında diskteki hasar miktarına bağlı olarak enjekte edilebilir olması ve ısıya bağlı olarak vücut ortamında jelleşmesinden dolayı klinik uygulamalarda kullanılabilecek bir biyomalzeme olma özelliği taşımaktadır.

In this thesis, an injectable and heat sensitive poloxamer (P407) and heparin based hydrogel that can be used for the treatment of temporamandibular joint disorders in cartilage tissue engineering was synthesized. Hydrogels are popularly used in cartilage tissue engineering studies because they are biocompatible biomaterials with high water holding capacity. Poloxamer polymer and Heparin are chemically combined (EDC/NHS). Thus, it is aimed to strengthen its mechanical properties and improve it biologically. The obtained copolymer was analyzed chemically and morphologically by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Micro-computed tomography. The amount of heparin bound to the polymer was calculated by the toluidine blue test. In the viscosity test of POL and HEP3 hydrogels prepared with copolymer at 20%, 25% and 30%(v/w) concentrations with distilled water; POL and HEP3 hydrogels prepared at 25% concentration were selected for use in rheological tests. In order to mimic the temporamandibular joint region, MTT and Live&Dead cytotoxicity tests were performed with L929 (mouse fibroblast cell) and ATDC5 (cartilage cell) cell lines with nutrient medium prepared with hyaluronic acid (HA).As a result of FTIR, it was observed that the structure of the copolymer was poloxamer and heparin. As a result of micro-computed tomography, the radius of the hydrogels was measured as 0,02 mm and found suitable for cell attachment. As a result of rheological tests, viscoelastic properties of POL and HEP3 hydrogels were found to be compatible with mobility in the temporamandibular joint region. It was concluded that especially HEP3 can be used as a lubricant in this region and will increase the movement. According to the cytotoxicity tests designed by considering the amount of HA in the patient and the amount of disc that will change according to the progressive level of the disease, the hydrogels showed biocompatibility above the 70% viability limit for both cell lines. In addition, it was observed that the number of dead cells was higher in the POL hydrogel than in the HEP3 hydrogel. Based on these results, HEP3 hydrogel synthesized using heparin has the feature of being a biomaterial that can be used in clinical applications due to its injectability depending on the amount of damage to the disc in temporamandibular joint disorders and its gelling in the body environment due to heat.