Grafen içeren biyoaktif cam skafoldların hazırlanması ve in vitro karakterizasyonu

Kemik doku mühendisliği, hasar gören kemik dokusunun onarımı ve rejenerasyonu alanında etkin çalışmaların yapıldığı bir alandır. Biyoaktif camlar, kemikle aralarında güçlü bağ kurabilmeleri sayesinde kemik doku rejenerasyonunda kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada kemik doku mühendisliği uygulamaları için polimer köpük replikasyonu tekniği kullanılarak, grafen içeren, elektriksel olarak iletken, bor bazlı 13-93B3 biyoaktif cam kompozit skafoldlar hazırlanmıştır. Grafenin yapıya ilavesi için iki farklı yöntem izlenmiştir. İlk yöntemde (Metot I) grafen nanotozları ( ağırlıkça %1, 3, 5, 10) biyoaktif cam süspansiyonu içerisine eklenmiş ve polimer köpük replikasyonuyla grafen-biyoaktif cam kompozit skafoldlar elde edilmiştir. Sonuçlar grafen ilavesinin mekanik özellikleri olumsuz etkilemediğini ve biyoaktif cam skafoldların elektriksel iletkenliğini arttırdığını göstermiştir. X-ışını kırınım analizi sonuçları yapay vücut sıvısı içerinde 30 gün bekletilen skafoldların yüzeyinde kristal yapıda hidroksiapatit nanotozları çökelmesinin gerçekleştiğini göstermektedir. Bununla birlikte, Fourier transform infrared spektroskopi analizleri ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri, hidroksiapatit oluşum hızının, özellikle yapay vücut sıvısında kısa sürelerle bekletilen örneklerde, grafen konsantrasyonunun artmasıyla azaldığını ortaya koymuştur. Diğer yandan, in vitro sitotoksisite tayini bulguları, pre-osteoblast MC3T3-E1 hücre canlılığının, katkısız biyoaktif cam skafold ile karşılaştırıldığında yüksek miktarda grafen içeren cam skafoldlarda düşük olduğunu göstermektedir. En iyi performans, orta düzeyde hücresel tepki ve in vitro hidroksiapatit oluşturma kabiliyeti ile elektrik iletkenliğinde bir artış sağlayan ağırlıkça %5 grafen içeren skafoldlarda elde edilmiştir. İkinci üretim yönteminde (Metot II) 13-93B3 biyoaktif cam skafoldlar yine polimer köpük replikasyonu ile hazırlanmış ve sinterlenmiştir. Ardından yapı, ağırlıkça %1, 3, 5, 10 grafen nanotozları içeren polikaprolakton (PCL) solüsyonu ile kaplanmıştır. Sonuçlar, PCL içindeki grafen nanotozlarının konsantrasyonu arttıkça, numunelerin elektrik iletkenliği ve basma dayanımının arttığını göstermiştir. SEM analizleri, yapay vücut sıvısında bekletilmiş katkısız ve grafen içeren PCL kaplı biyoaktif cam skafoldlar arasında grafen konsantrasyonuna bağlı olarak hidroksiapatit oluşumunda belirgin bir fark olmadığını göstermektedir. In vitro sitotoksisite deneyleri, grafen içeren PCL kaplı örneklerin pre-osteoblastik MC3T3-E1 hücre canlılığının, 7 gün inkübasyondan sonra kontrol grubu örneklerine göre daha yüksek olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, ağırlıkça %3'ten başlamak üzere grafen içeren PCL kaplanmış numuneler için 14 günlük kültür süresi sonrasında hücre canlılığında bir azalma olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, çalışmada, grafen içeren PCL kaplı biyoaktif cam skafoldlarda katkısız PCL kaplı 13-93B3 skafoldlara göre daha yüksek bir ALP aktivitesi tespit edilmiştir. Bu durum grafen nanoparçacıklarının varlığının, osteoblastik farklılaşmanın erken safhasını uyardığını ortaya çıkarmıştır. Çalışmanın sonuçları, her iki yöntemle üretilen elektriksel olarak iletken, grafen içeren, 13-93B3 biyoaktif cam skafoldların kemik doku mühendisliği uygulamalarında kullanılabileceğini göstermektedir.