Kontrollü antibiyotik salımı yapan kitosan/silika bazlı kompozit doku iskelelerinin geliştirilmesi ve sert doku mühendisliği için kullanım potansiyelinin araştırılması

Abstract

Son yıllarda yas?lanan dünya nüfusu ve kazalara bag?lı kas-iskelet sistemi hastalık ve yaralanmalarında önemli derecede artıs gözlenmektedir. Malzeme bilimindeki gelismeler ile vücutta kemik doku ile uyumlu, polimerik yapıda sentetik greftlerin kullanımına ilgi artmıstır. Bu malzemeler, ikincil operasyonlara gerek kalmadan, immun reaksiyon gelistirmeyen canlı ve fonksiyonel yapay kemik dokusu gelistirilmesini, kemik onarımını gerektiren durumlarda, kemik iyilesmesini hızlandıracak ve desteklemek üzere kullanılmaktadır. Elde edilen biyomalzemenin mekanik gücünün hedef bölgeye uygun olması, kemik iyilesme sürecinde yapısal bütünlügü koruması ve osteokondüktif özellikte olması gerekmektedir. Bu özelliklere sahip doku iskelelerinin eldesinde kullanılan biyobozunur ve biyouyumlu yapıda dogal ve sentetik polimerler arasından kitosan porozlu yapısı, jel olusturma özellikleri, kimyasal modifikasyonlarının kolay olması, antibakteriyel özellikleri ve in vivo makromoleküllere yüksek affinite göstermesi nedeniyle özellikle dikkat çekmektedir. Son dönemde, kemik greftları olarak birçok polimer mikro ve nanokompozit sistemler üzerine çalısılmaktadır. Silika nanopartiküller, yapıda modulus ve mukavemette önemli ölçüde iyilesme saglamakta ve mineralizasyonu tetikleyerek kemik doku rejenerasyonunu desteklemektedir. Bu nedenle, proje kapsamında gelistirilecek biyomalzemede kemik olusumunu indükleyebilecek, hibrid nanokafes yapısı ile fonksiyonel özellikler kazandırılabilecek polihedral oligomerik silseskioksan (POSS) nanosilika parçacıklar kullanılmıstır. Önerilen projede; POSS katkılı kitosan temelli kompozit doku iskelelerinin gelistirilmesi ve sert doku mühendisligine yönelik olarak potansiyelinin arastırılması hedeflenmistir. Projede gelistirilen kemik doku olusumunu tetikleyen, gözenekli biyobozunur kompozit doku iskelesi; istenilen mekanik ve yapısal özellikleri saglamasının yanısıra, hedef bölgede uzun dönemde antibiyotik salımı gerçeklestiren ve enfeksiyonu engelleyen özelligi ile fonksiyonel özellik kazandırılmıs bir biyomalzemedir. Bu amaçla, kemik enfenksiyonlarında yaygın olarak agız yolu ile kullanılan antibiyotiklerden olan gentamisin ve vankomisin seçilmis ve mikrofluidizer yöntemi ile monodisperse yapıda antibiyotik yüklenmis uniform kitosan nanokürelerin elde edilmesi, bu mikro/nanokürelerin kitosan/POSS kompozit doku iskelesine püskürtme yöntemi ile basarılı bir sekilde kaplanarak entegre edilmesi, nihai üründe ilaç salınımı ve in vitro hücre kültür çalısmaları projede gerçeklestirilmistir. Nanoküre ve doku iskelesi üretiminde kullanılan kitosan/kil ve kitosan/POSS çözeltilerinin homojenizasyonu mikrofludizer sistemi ile optimize edilmis, elde edilen yapıların karakterizasyon çalısmaları sonucunda kil katkısının nanokürelerin stabilite ve in vitro salım profilini olumlu yönde etkiledigi, POSS nanopartiküllerin de doku iskelesinin mekanik dayanım, sisme özellikleri ve biyomineralizasyon kapasitesini arttırdıgı görülmüstür. Nanoküre kaplı doku iskelelerinden uzun dönemde kontrollü antibiyotik salımı gerçeklestirilmis; antimikrobiyal aktiviteleri ise disk difüzyon yöntemi ile belirlenmistir. In vitro çalısmalarda antibiyotik yüklü nanoküre kaplı doku iskelelerinde istenen hücre tutunumu, proliferasyonu ve farklılasması saglanmıstır. Kemikkıkırdak hücre farklılasması spesifik markerlarla belirlenmistir. Doku iskelelerinde kemik hücrelerinin üreme ve biyoaktivitesinde artıs gözlenirken, kıkırdak hücrelerinde sınırlı büyüme ve metabolik aktivite gözlenmistir. Bunun yanısıra, vankomisin salımı yapan doku iskelelerinde gentamisinli gruplara kıyasla, kemik hücrelerinin daha yüksek aktivite gösterdigi görülmüstür.