Kemik doku iskeleleri için biyoaktif cam esaslı nanokompozit malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Canlılar, yaşam döngülerinin belirli evrelerinde hastalıklar, kazalar ve yaşlanmanın etkisiyle bazı doku ve organlarında işlev kaybı yaşamaya başlar. Bu sorunlar beraberinde iskelet sisteminde oluşan sıkıntıları da getirmektedir Kemiklerde oluşan çatlaklar, kırıklar veya uzuvların tamamen kaybedilmesine kadar gidebilen ciddi sağlık sorunları bu problemlerden bazılarıdır. Bu sıkıntıların giderilmesinde biyomalzemeler ve doku mühendisliği uygulamaları büyük rol oynamaktadır. Kullanılan biyomalzemeler hasarlı dokuya destek sağlayacak şekilde hazırlanabildiği gibi hasarlı dokunun yerini alıp dokunun bulunduğu bölgede tedaviyi başlatabilecek özelliklere de sahip olabilmektedir. Bu tez çalışmasında kemik doku mühendisliği ve hasarlı kemik dokularının tedavisinde kullanılan biyoaktif camlar sol-jel yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Çalışmada katkı malzemeleri olarak doğal bir silika kaynağı olan diatomları içeren tortul bir kayaç türü olan diatomit ve alumina nanopartikülleri kullanılmıştır. Üretilen toz numunelerin karakterizasyonları yapılmış, ardından bu numunelerle polimer sünger kopyalama yöntemi kullanılarak kemik doku iskeleleri üretilmiştir. Doku iskelelerine L929 hücre hattı kullanılarak biyouyumluluk ve yapay vücut sıvısı (SBF) kullanılarak biyoaktivite analizleri yapılmış, yüzey morfolojileri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. 30 gün süreyle SBF içerisinde bekletilen doku iskelerinin hepsinin yüzeyinde apatit oluşumu gözlenmiştir olup buna ek olarak diatomit ile katkılanmış numunelerde apatit oluşma hızının ve yoğunluğunun daha fazla olduğu tespit edilmiştir. SBF’de bekletilmiş olan tüm numunelerin Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) sonuçlarında apatit oluşumuna karakteristik olan 550-600 cm-1 bandı ve XIşını Difraksiyon (XRD) sonuçlarında 26° ile 32°’de apatitleşmeye özgü pikler gözlenmiştir. L929 hücre hattı ile yapılan kültür ve sitotoksisite çalışmaları sonucunda malzeme morfolojisinin hücre tutunmasını destekleyici bir yapıda olduğu gözlenmiş ve malzemelerde uygulama esnasında negatif etkiye sebep olacak ciddi bir toksik etkiye rastlanmadığı görülmüştür. Çalışmada hazırlanan malzemeler kemik doku mühendisliği uygulamalarında kullanılacak malzemelerden beklenen özellikleri fazlasıyla göstermiş olup biyoaktif cama yapılan katkılar ile malzeme özelliklerinin arttırılmış olmasıyla tezin amacına uygun nanokompozit malzemeler üretilmiştir.

Throughout their life cycles, organisms experience functional loss in some tissues and organs due to diseases, accidents, and the effects of aging. These issues often lead to problems within the skeletal system, such as cracks, fractures, or even the complete loss of limbs. Addressing these problems, biomaterials and tissue engineering applications play a significant role. Biomaterials used can be designed to support damaged tissue or replace it and initiate the healing process in the affected area. In this research, bioactive glasses used in bone tissue engineering and the treatment of damaged bone tissues were synthesized using the sol-gel method. Diatomite, a sedimentary rock containing diatoms, which is a natural silica source, and alumina nanoparticles were used as additives. The produced powder samples were characterized, and then bone tissue scaffolds were fabricated using the polymer sponge replication method. Biocompatibility and bioactivity analyses of the scaffolds were conducted using the L929 cell line and simulated body fluid (SBF), and their surface morphologies were examined with Scanning Electron Microscope (SEM). After keeping the scaffolds in SBF for 30 days, apatite formation was observed on the surface of all scaffolds. Additionally, it was found that samples with diatomite exhibited a higher rate and density of apatite formation. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) of the samples in SBF showed the characteristic 550-600 cm-1 band for apatite formation, and X-Ray Diffraction (XRD) results showed peaks specific to apatite at 26° and 32°. Culture and cytotoxicity studies with the L929 cell line indicated that the material morphology supports cell adhesion and showed no significant toxic effects during application. The materials prepared in this study demonstrated the desired properties for use in bone tissue engineering applications. The additives to the bioactive glass enhanced the material properties, resulting in the successful production of nanocomposite materials aligned with the thesis objectives.