Bor İçeren Nano Hidroksiapatit Kompozitlerin Kemik Hücrelerindeki Moleküler Etki Mekanizmasının Araştırılması

The structure of the bone and the self-renewal capacity are damaged by metabolic diseases and damages. The trace elements and hydroxyapatite crystals in the bone are important in the development of biomaterials to support the renewal of the extracellular matrix. In this study, it was assumed the boron loaded nanometer sized hydroxyapatite was supposed to support the construction of extracellular matrix by controlled boron release in order to prevent toxic effect. In this context, boron release kinetics from nanometer sized hydroxyapatite were calculated by ICP-MS method and it was found that boron was released in large proportion within 1 hour and the release was continued at constant low dose. The effect of the boron containing nanometer sized hydroxyapatite composite on the proliferation of SaOS-2 osteoblasts and human bone marrow derived mesenchymal stem cells was evaluated by the WST-1 method and compared with the effects of nanohydroxyapatite and boric acid, it has been shown that do not alter the proliferation rate in osteoblasts and increase proliferation in mesenchymal stem cells at high doses. Boron containing nanohydroxyapatite composites have been shown to increase osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells by increasing alkaline phosphatase activity, as compared to nanohydroxyapatite composite and boric acid. The molecular mechanism of effective dose of boron-containing hydroxyapatite has been assessed by transcriptomic analysis and shown to affect genes involved in Wnt, TGF-β and response to stress signaling pathways when compared to nano-hydroxyapatite composite and boric acid. Eventually, a safe osteoconductive dose range of boron-containing nano hydroxyapatite composites for local repair of bone injuries and the molecular effect profile in the effective dose was determined has been determined. Further studies require the validation of the regenerative therapeutic effect window.Metabolik hastalıklar ve hasarlar ile kemiğin yapısı bozulur ve kendini yenileme kapasitesi zarar görür. Kemiğin içerdiği iz elementler ve hidroksiapatit kristalleri; ekstraselüler matriksinin yenilemesini destekleyecek biyomalzemelerin geliştirilmesinde önem taşımaktadır. Tez çalışması kapsamında, kemiğin içerdiği iz elementlerden biri olan borun, nanometre boyutundaki hidroksiapatite katılması ile, toksik etkisinin önlenmesi amacıyla kontrollü salınarak ekstraselüler matriks yapımını destekleyeceği varsayılmıştır. Bu varsayım doğrultusunda, nanometre boyutundaki hidroksiapatit biyoseramik ve bor elementi ile üretilen kompozitlerden bor salım kinetikleri indüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi yöntemi ile hesaplanmış; borun 1 saat içinde büyük oranda salındığı, salımın sabit düşük dozda devam ettiği saptanmıştır. Bor nanohidroksi apatit kompozitin SaOS-2 osteoblastlar ve insan kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerin proliferasyonuna etkisi WST-1 yöntemi ile değerlendirilmiş; nanometre boyutundaki hidroksiapatit ve borik asitin etkileri ile karşılaştırıldığında osteoblastlarda proliferasyon oranını genellikle değiştirmediği, mezenkimal kök hücrelerde yüksek dozda proliferasyonu arttırdığı gösterilmiştir. Bor içeren nanohidroksi apatit kompozitlerin mezenkimal kök hücrelerin osteojenik farklılaşmasını alkalin fosfataz aktivitesi üzerinden nanohidroksiapatit kompozit ve borik asite göre arttırdığı saptanmıştır. Etkili dozda bor içeren nanohidroksiapatitin osteoblastlardaki moleküler mekanizması transkriptom analizi ile değerlendirilmiş ve nanohidroksiapatit kompozit ve borik asit ile karşılaştırıldığında Wnt ve TGF-β sinyal yolaklarında rol oynayan genleri etkilediği gösterilmiştir. Sonuç olarak bor içeren nanohidroksiapatit kompozitlerin kemik hasarlarının onarımında lokal olarak uygulanabilecek güvenli osteokondüktif doz penceresi ve etkili dozdaki moleküler etki profili belirlenmiştir. Rejeneratif terapötik etki penceresinin ileri çalışmalarla validasyonu gereklidir