Usage of 3D printed PLA scaffolds for small molecule induced bone regeneration

Kemik, kendini tamir etme yeteneğine sahip bir dokudur. Ancak, travma, tümör, hastalık veya enfeksiyon sonucu oluşabilecek kritik boyutlu kemik hasarları kendiliğinden iyileşemez. Kemik onarımı ve rejenerasyonu uygulamalarında geliştirilen 3D baskılı doku iskeleleri bu bağlamda öne çıkmaktadır. Kitosan nanoparçacıkları, hücre adezyonunu desteklerken aynı zamanda kök hücrelerin kemik farklılaşmasını tetikledikleri için sentetik polimer doku iskelelerinin biyouyumluluğunu arttırır. Öte yandan, kemik doku mühendisliği ile oluşturulmuş yapıların, implantasyondan sonra genellikle yetersiz vaskülarizasyona bağlı olarak başarısız olduğu görülmüştür. Doku mühendisliğinde vaskülarizasyonu desteklemek için endotel hücrelerin bölgeye göç etmesini sağlayıcı ortam ve faktörler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, kemik rejenerasyonu için 3D yazıcı ile üretilmiş poli(laktik asit) doku iskeleleri kullanılmıştır. İskelelerin ideal gözenek boyutları 370–460 μm olarak belirlenmiştir. Doku iskeleleri, 0.5 M NaOH ile 4 saat boyunca alkali muamelesine tabi tutularak yüzey aktif grupları açığa çıkarılmıştır. Çalışma kapsamında sırasıyla DIPQUO ve GS4012 küçük molekülleri kitosan nanoparçacıkları içinde kapsüllenerek kemik oluşumu ve vaskülarizasyon sağlanmıştır. Doku iskelelerinin yüzeyi bu nanopartiküller ile kaplanmıştır. Sıçan kemik iliğinden izole edilen mezenkimal kök hücreler doku iskelesi üzerine ekilmiş ve küçük moleküllerin kontrollü salımı ile kemik dokusuna farklılaşma sağlanmıştır. Vaskülarizasyon başarısını test etmek için in vitro ortamda sıçan kanından izole edilen periferik kan endotel hücreleri kullanılmıştır. Tasarlanan sistem, in vitro ortamda osteogenez ve anjiyogenez özellikleri bakımından test edilmiş ve kemik dokusu oluşumu incelenmiştir. DIPQUO içeren gruplarda (D-NP ve DG-NP) kemik farklılaşmasının yüksek olduğu, GS4012 (G-NP ve DG-NP) içeren gruplarda ise vaskülarizasyon ile hücre çoğalmasının arttığı gözlenmiştir. Bu çalışmada küçük moleküllerin enkapsülasyonu ile doku iskelesinin biyoaktivitesi arttırılmış ve kemik doku mühendisliği çalışmalarında karşılaşılan yetersiz vaskülarizasyona bağlı başarısızlık oranını azaltılmıştır. Son olarak, kemik yaralanmalarının iyileşme süreci hızlandırılarak hastanın iyileşme süresi kısaltılmıştır.