Hibrit nanobiyomalzemeler içeren kemik doku iskelelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Doğal kaynaklı malzemeler, biyolojik olarak parçalanabilirlikleri vebiyouyumlulukları nedeniyle kemik doku mühendisliği alanında önemli bir yeresahiptir. Son yıllarda öne çıkan doğal malzemelerden biri de diatomdur.Diatomlar, gözenekli silikon dioksit (silika) bazlı mikro kabuklardan oluşan tekhücreli ökaryotlardır. Silikon, kemik oluşumu, yenilenmesi ve esnekliği içinkalsiyumun desteklenmesinde önemli bir rol oynar. Kemik dokularında kalsiyumgibi farklı minerallerin birikimini arttırır. Ayrıca kolajen miktarını da artırarakesneklik sağlar. Dolayısıyla, silikon esaslı diatomlar kemik doku mühendisliğiiçin önemli bir yer teşkil etmektedir.Bu çalışmada, dondurarak kurutma yöntemi ile diatom içermeyen vediatom katkılı kitosan/hidroksiapatit (CS/HA) ve jelatin/kitosan/hidroksiapatit(Gel/CS/HA) üç boyutlu kemik doku iskeleleri üretilmiştir. İskelelerin mikro vemakro gözenekli yapıları SEM analizi ile incelenmiştir. Yüksek büyütmeligörüntüleme teknikleri ile diatomun morfolojisi ve nanogözenek yapısıaraştırılmıştır. Bu analiz yöntemiyle CS/HA, CS/HA/Di, Gel/CS/HA,Gel/CS/HA/Di iskeleleri sırasıyla 160 μm, 130 μm, 270 μm, 170 μm gözenekleresahip olduğu belirlenmiştir. CS/HA/Di, Gel/CS/HA/Di'deki diatomların yaklaşık9-16 µm uzunluğunda ve 8-20 µm çapında bir yapıya sahip olduğu görülmüştür.Ayrıca, diatomların 260-330 nm arasında nano gözenek boyutlarına sahip olduğuda gözlenmiştir. Doku iskelelerini oluşturan malzemelerin kimyasal bağları vefonksiyonel grupları FT-IR ile analiz edilmiştir. Hücre yapışmasını veçoğalmasını destekleyen biyokompozit yapı iskelelerinin toksik olmayan doğasınıincelemek için 3T3L1 hücre hattı kullanılarak hücre kültürü çalışmalarıyapılmıştır. Buna göre, SEM görüntüleri ile diatomsuz iskelelerde hücrelerin ağsıbir şekilde çoğaldığı, diatom içeren iskelelerde ise jelatinsiz olan BTS-2iskelesinde hücrelerin iskeleyi bir örtü gibi sardığı gözlenmiştir.Elde edilen sonuçlar ışığında üretilen iskeleler, biyouyumluluk ve birbirinebağlı gözenek yapısı açısından kemik dokusu mühendisliği için temelgereksinimleri karşılama potansiyeline sahiptir.ANAHTAR KELİMELER: DİATOM, KEMİK DOKU MÜHENDİSLİĞİ,İSKELE, DONDURARAK KURUTMA

Naturally sourced materials have an important place in the field of bonetissue engineering due to their biodegradability and biocompatibility. One of thenatural materials that has come to the fore in recent years is diatom. Diatoms aresingle-celled eukaryotes composed of porous silicon dioxide (silica)-basedmicroshells. Silicon plays an important role in supporting calcium for boneformation, regeneration and flexibility. It increases the deposition of differentminerals such as calcium in bone tissues. It also provides flexibility by increasingthe amount of collagen. For this purpose, silicon-based diatoms constitute animportant place for bone tissue engineering.In this study, diatom-free and diatom-doped chitosan/hydroxyapatite (CS/HA)and gelatin/chitosan/hydroxyapatite (Gel/CS/HA) three-dimensional bone tissuescaffolds were produced by freeze-drying method. Micro and macroporousstructures of the scaffolds were investigated by SEM analysis. In addition, themorphology and nanopore structure of the diatom were investigated with highmagnification images. Accordingly, CS/HA, CS/HA/Di, Gel/CS/HA,Gel/CS/HA/Di scaffolds were determined to have 160 μm, 130 μm, 270 μm, 170μm pores, respectively. Diatoms in CS/HA/Di, Gel/CS/HA/Di were determinedto have a structure of approximately 9-16 µm in length and 8-20 µm in diameter.It was also observed that diatoms have nanopore sizes between 260-330 nm. Thechemical bonds and functional groups of the materials forming the tissue scaffoldswere analyzed by FT-IR. Cell culture studies were performed using the 3T3L1cell line to examine the non-toxic nature of biocomposite scaffolds that promotecell attachment and proliferation. Accordingly, with SEM images, it was observedthat cells in diatom-free scaffolds proliferated in a reticulate manner, while indiatom-containing scaffolds, the BTS-2 scaffold, which was gelatinless, coveredthe scaffold like a cover.The scaffolds produced in the light of these studies have the potential to meet thebasic requirements for bone tissue engineering in terms of biocompatibility andinterconnected pore structure.KEYWORDS: DIATOM, BONE TISSUE ENGINEERING, SCAFFOLD,FREZE-DRYING