Kıkırdak doku mühendisliği için nanopartikül / hidrojel bazlı kompozit yapıların geliştirilmesi

Nanopartiküller benzersiz biyofiziksel ve kimyasal özelliklere sahip biyoaktif yapılardır ve doku mühendisliği uygulamalarının gelecekteki gelişimi için büyük umut vaad etmektedirler. Bu çalışmanın amacı, kondrojenik farklılaşmayı arttırmak için aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanopartikülleri ile fonksiyonlaştırılmış jelatin metakrilat (GelMA) hidrojel iskelesini geliştirmektir. İlk olarak, kitosan ve aljinat biyopolimerleriyle çekirdek-kabuk nanopartiküler sentezlenmiştir. Nano ölçekte monodispers aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanopartiküllerini elde etmek için farklı hazırlama koşulları uygulanmıştır. Modifiye edilmiş protokol ile hazırlanan monodispers aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanoparçacıklarının boyutları 60 ± 3 nm olarak ölçülmüştür. İkili nanopartiküler salım sisteminin oluşturulmasında büyüme faktörlerinin (transforme edici büyüme faktörü beta-1 (TGF β-1) ve insülin benzeri büyüme faktörü-1 (IGF-1)) optimum yükleme verimliliklerini ve salım profillerini elde etmek için farklı hazırlama koşulları uygulanmıştır. Seçilen hazırlama koşullarına göre, TGF β-1 ve IGF-1'in yükleme verimlilikleri sırasıyla % 93.34 ± 0.51 ve 91.92 ± 0.22'dir. 21 günlük salım profilleri sonuçları değerlendirildiğinde, TGF β-1 ve IGF-1 miktarları sırasıyla 15.86 ± 0.30 ve 28.71 ± 2.27 ng/mL ölçülmüştür. Daha sonra fotopolimerizasyon yöntemi ile GelMA hidrojelleri sentezlenmiştir. Hazırlanan nanopartiküller ve yağ dokusu kökenli mezenkimal kök hücreler GelMA hidrojellerine kapsüllenmiştir ve in vitro olarak 3 hafta inkübe edilmiştir. Hidrojelin ve yüklü ve yüksüz çekirdek-kabuk nanopartiküller enkapsüle edilmiş hidrojellerin yağ dokusu kökenli mezenkimal kök hücrelerin kondrogenezi üzerindeki etkileri biyokimyasal ve histolojik analizler ile değerlendirilmiştir. Kimyasal etmenler (kondrojenik ortam) varlığında, hidrojel içindeki TGF β-1 ve IGF-1 yüklü nanopartiküller içeren gruptaki DNA içeriği, 21. günde nanopartikül olan gruplarda olmayan gruplara kıyasla sırasıyla 1.71 ve 5.98 kat artmıştır. Öte yandan, kimyasal etmenler ve nanopartiküller içeren grupta glikozaminoglikan (GAG) üretiminin (573.60 ± 1.60 µg/numune) önemli ölçüde indüklendiği belirlenmiştir. Biyokimyasal analizlere ek olarak, GAG ve Tip-II kolajen boyama gibi histolojik analizler de kimyasal ve biyofiziksel etmenlerin uygulanmasının GAG ve Tip-II kolajen birikimlerini artırmış olduğunu göstermiştir. Özetle, nanopartiküllerle işlevselleştirilmiş hidrojel iskelesi, kıkırdak oluşumu için uygun bir ortam sağlamıştır ve böylece kıkırdak doku mühendisliği uygulamaları için umut verici bir yapı olmaktadır.