Hibrit nanobiyomalzemeler içeren kemik doku iskelelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Doğal kaynaklı malzemeler, biyolojik olarak parçalanabilirlikleri ve biyouyumlulukları nedeniyle kemik doku mühendisliği alanında önemli bir yere sahiptir. Son yıllarda öne çıkan doğal malzemelerden biri de diatomdur. Diatomlar, gözenekli silikon dioksit (silika) bazlı mikro kabuklardan oluşan tek hücreli ökaryotlardır. Silikon, kemik oluşumu, yenilenmesi ve esnekliği için kalsiyumun desteklenmesinde önemli bir rol oynar. Kemik dokularında kalsiyum gibi farklı minerallerin birikimini arttırır. Ayrıca kolajen miktarını da artırarak esneklik sağlar. Dolayısıyla, silikon esaslı diatomlar kemik doku mühendisliği için önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu çalışmada, dondurarak kurutma yöntemi ile diatom içermeyen ve diatom katkılı kitosan/hidroksiapatit (CS/HA) ve jelatin/kitosan/hidroksiapatit (Gel/CS/HA) üç boyutlu kemik doku iskeleleri üretilmiştir. İskelelerin mikro ve makro gözenekli yapıları SEM analizi ile incelenmiştir. Yüksek büyütmeli görüntüleme teknikleri ile diatomun morfolojisi ve nanogözenek yapısı araştırılmıştır. Bu analiz yöntemiyle CS/HA, CS/HA/Di, Gel/CS/HA, Gel/CS/HA/Di iskeleleri sırasıyla 160 ?m, 130 ?m, 270 ?m, 170 ?m gözeneklere sahip olduğu belirlenmiştir. CS/HA/Di, Gel/CS/HA/Di'deki diatomların yaklaşık 9-16 ?m uzunluğunda ve 8-20 ?m çapında bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca, diatomların 260-330 nm arasında nano gözenek boyutlarına sahip olduğu da gözlenmiştir. Doku iskelelerini oluşturan malzemelerin kimyasal bağları ve fonksiyonel grupları FT-IR ile analiz edilmiştir. Hücre yapışmasını ve çoğalmasını destekleyen biyokompozit yapı iskelelerinin toksik olmayan doğasını incelemek için 3T3L1 hücre hattı kullanılarak hücre kültürü çalışmaları yapılmıştır. Buna göre, SEM görüntüleri ile diatomsuz iskelelerde hücrelerin ağsı bir şekilde çoğaldığı, diatom içeren iskelelerde ise jelatinsiz olan BTS-2 iskelesinde hücrelerin iskeleyi bir örtü gibi sardığı gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ışığında üretilen iskeleler, biyouyumluluk ve birbirine bağlı gözenek yapısı açısından kemik dokusu mühendisliği için temel gereksinimleri karşılama potansiyeline sahiptir.

Naturally sourced materials have an important place in the field of bone tissue engineering due to their biodegradability and biocompatibility. One of the natural materials that has come to the fore in recent years is diatom. Diatoms are single-celled eukaryotes composed of porous silicon dioxide (silica)-based microshells. Silicon plays an important role in supporting calcium for bone formation, regeneration and flexibility. It increases the deposition of different minerals such as calcium in bone tissues. It also provides flexibility by increasing the amount of collagen. For this purpose, silicon-based diatoms constitute an important 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 tissue scaffolds were produced by freeze-drying method. Micro and macroporous structures of the scaffolds were investigated by SEM analysis. In addition, the morphology and nanopore structure of the diatom were investigated with high-magnification images. Accordingly, CS/HA, CS/HA/Di, Gel/CS/HA, Gel/CS/HA/Di scaffolds were determined to have 160 ?m, 130 ?m, 270 ?m, 170 ?m pores, respectively. Diatoms in CS/HA/Di, Gel/CS/HA/Di were determined to have a structure of approximately 9-16 ?m in length and 8-20 ?m in diameter. It was also observed that diatoms have nanopore sizes between 260-330 nm. The chemical bonds and functional groups of the materials forming the tissue scaffolds were analyzed by FT-IR. Cell culture studies were performed using the 3T3L1 cell line to examine the non-toxic nature of biocomposite scaffolds that promote cell attachment and proliferation. Accordingly, with SEM images, it was observed that cells in diatom-free scaffolds proliferated in a reticulate manner, while in diatom-containing scaffolds, the BTS-2 scaffold, which was gelatinless, covered the scaffold like a cover. The scaffolds produced in the light of these studies have the potential to meet the basic requirements for bone tissue engineering in terms of biocompatibility and interconnected pore structure.