Osteokondral defektlerin onarımında kullanılmak üzere kriyojel-nanofiber çift katmanlı doku iskelelerinin üretimi ve karakterizesyonu

Osteokondral defektler, aynı anda hem eklem kıkırdağı hem de subkondral kemikte hasarın görüldüğü durumları ifade eder. Dejeneratif hastalıkların neden olduğu osteokondral defektlerde kendi kendine iyileşme sağlamak zordur. Bu hastalıkların tedavisi için kıkırdak, kemik ve kıkırdak-kemik arayüzünün fiziksel ve kimyasal özelliklerini dikkate alan yaklaşımlara ihtiyaç vardır. Bu nedenle alternatif tedavi yöntemleri üzerinde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu yöntemler arasında kemik doku mühendisliği yaklaşımı ile üretilen doku iskeleleri osteokondral yaralanmaların tedavisinde öne çıkmaktadır. Çift katmanlı doku iskelelerinin en önemli avantajı, kıkırdak ve kemik gelişimine özgü fiziksel veya kimyasal bileşenler içermesidir. Doku mühendisliğinde, kriyojeller ve nanolifler sıklıkla doku iskelesi olarak kullanılır. Bu çalışmada poli(ɛ-kaprolakton) (PCL) nanofiber doku iskeleleri elektrospinning yöntemiyle elde edilmiştir. PCL içeren çözeltiler %15 (w/v) konsantrasyonda hazırlanmıştır. Çözücü olarak kloroform ve dimetilformamid (30:70, v:v) sistemi kullanılmıştır. Çözeltiye uygulanan voltaj 13 kV ve polimer çözeltisini içeren şırınga ucu ile toplayıcı arasındaki uzaklık 10 cm olarak sabit tutulmuş ve besleme hızı 1 ml/h olarak ayarlanmıştır. Bu parametreler sabit tutularak elektrospinning yöntemi ile nanofiberler doku iskeleleri üretilmiştir. Kitosan:jelatin temelli kriyojel doku iskeleleri kriyojelasyon yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Kitosan ve jelatin, toplam polimer konsantrasyonu %2 (w/v) ve kitosan:jelatin oranı 50:50 (w:w) olacak şekilde, asetik asidin %6'lık sulu çözeltisinde çözünmesiyle hazırlanmıştır. Çapraz bağlayıcı olarak %6 (v/v) gluteraldehit solüsyonu kullanılmıştır. Nanofiber ve kriyojel katmanlarının entegrasyonu soğutmalı sirkülatörde -16 °C kriyojelasyon sıcaklığında çapraz bağlanma ile gerçekleştirilmiştir. Kıkırdak rejenerasyonunu destekleyecek yapıdaki PCL nanofiberler, kemik dokuyu taklit edebilecek özelliklere sahip, biyobozunur, farklı oranlarda (%10, 30, 50, 100) hidroksiapatit (HA) ile güçlendirilmiş kitosan:jelatin kriyojeller ile başarılı bir şekilde entegre edilmiştir. Üretilen doku iskelelerinin yüzey morfolojisi SEM analizi ile incelenmiştir. Kriyojel katmanının gözenek çapı ortalaması, 36.87±6.79 µm ile 20.30±58 µm aralığında değişim göstermiştir. HA miktarındaki artış gözenek çapının küçülmesine sebep olmuştur. PCL nanofiberlerin morfolojisi boncuksuz ve pürüzsüz ağ yapı olarak gözlemlenmiştir. Ortalama fiber çapı 258 ± 35 nm olarak hesaplanmıştır. İki katmanın entegrasyonu SEM görüntüleriyle kanıtlanmıştır. Doku iskelelerinin kimyasal yapısı FTIR ile araştırılmıştır. Spektrumlar incelendiğinde çift katmanlı doku iskelesinde, PCL nanofiber ve kitosan:jelatin kriyojele ait piklere rastlanmıştır. Ayrıca kriyojel katmanında hidroksiapatite ait piklerde gözlemlenmiştir. Şişme davranışları incelendiğinde, en yüksek şişme oranına sahip kitosan:jelatin kriyojel ve poli(ɛ-kaprolakton) nanofiber çift katmanlı doku iskelesinin (CS:Gel Cr/PCL Nf) yüksek oranda degredasyonunun gerçekleştiği görülmüştür. En düşük şişme ve degredasyon oranına sahip doku iskelesi %100 hidroksiapatit eklenen kitosan:jelatin kriyojel ve poli(ɛ-kaprolakton) nanofiber çift katmanlı doku iskelesi (100HA-CS:Gel Cr/PCL Nf) olarak belirlenmiştir. HA miktarındaki artış şişme oranını ve degredasyon oranını düşürmüştür. Çift katmanlı doku iskelelerinin mekanik performansı incelendiğinde numunelerin ortalama mekanik dayanımı değeri 24 ± 11 ile 60 ± 25 kPa arasında, Young modül değerleri 24±11 ile 60±25 kPa/% arasında ölçülmüştür. Çift katmanlı doku iskelelerine HA eklenmesi mekanik dayanım özelliklerinin artmasını sağlamıştır. Çalışma sonucunda geliştirilen kriyojel/nanofiber çift katmanlı doku iskelelerinin kemik doku mühendisliği uygulamalarında osteokondral defektlerin onarımı için kullanılabilinecek potansiyel bir ürün olduğu ortaya koyulmuştur.