3-boyutlu biyoyazıcı teknolojisi ile kök hücre yüklü nanohibrit kemik/kıkırdak doku iskelelerinin geliştirilmesi: in vitro ve in vivo değerlendirilmesi

Abstract

Osteokondral doku hasarı, hastalıktan travmaya kadar farklı nedenlerle ortaya çıkabilen ciddi bir sağlık sorunudur. Osteokondral arayüz defektleri yaygın olarak hem kıkırdak (hiyalin) hem de destekleyici subkondral kemiğin lezyonlarını içermektedir. Hasarın ortopedik cerrahi ile fonksiyonel onarımı, osteokondral yapının karmaşıklığı göz önüne alındığında oldukça zordur. Osteokondral doku mühendisliği, kemik, kıkırdak ve kemik-kıkırdak arayüzünün onarımı ve yenilenmesi için; yapısal iskelelerin, biyoaktif moleküllerin ve hücrelerin kullanımı ile bu zorlukların üstesinden gelmeyi amaçlamaktadır. Gözenekli iskeleler, lifler ve hidrojeller gibi çeşitli matris yapıları, aynı anda kıkırdak, orta kalsifiye kıkırdak ve kemik dokularını restore etmek için tasarlanmaktadır (Yang ve ark., 2017; Ai ve ark., 2021; Wei ve ark., 2021).Bu çalışmada, 3B-biyoyazıcı tekniği ile kök hücre yüklü, TGF-ß1 ve rhBMP-2 salımı yapabilen çift-tabakalı nanohibrit hidrojel temelli doku iskeleleri geliştirilmiştir. Doku iskeleleri 3B-biyobaskı yöntemi ile jelatin metakrilat (GelMA), kitosan metakrilat (KitMA) ve hidrotermal metot ile üretilen LDH nanopartiküllerinin (çift katmanlı hidroksit bileşikleri) Irgacure2959 fotobaşlatıcı varlığında yazdırılması ve sonrasında UV ışık altında kürlenmesi ile hazırlanmıştır. LDH nanopartiküllerine yüklenen TGF-ß1 ve rhBMP-2 sinyal molekülerinin nanopartiküllerden ve doku iskelelerinden in vitro salım davranışları enzim-bağlı immünosorbent testi (ELISA) ile incelenmiştir. Fiziksel, kimyasal ve mekaniksel özellikleri karakterize edilen doku iskelelerine enkapsüle edilen kök hücrelerin canlılığı (canlı/ölü testi), morfolojisi (DAPI/Aktin boyama), gelişimi, proliferasyonu (PrestoBlue analizi), osteojenik ve kondrojenik farklılaşma özellikleri (immünfloresan boyamalar ve PCR analizleri) incelenmiştir. Doku iskelelerinin kemik ve kıkırdak onarımına etkisi sıçanlar üzerinde in vivo osteokondral hasar modelinde değerlendirilmiştir. Tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, geliştirilen nanohibrit çift-tabakalı platformun osteojenik/kondrojenik farklılaşmayı desteklediği ve osteokondral rejenerasyonu teşvik ettiği sonucuna varılmıştır