Differentiation Of Cord Blood Mesenchymal Stem Cells To Bone Tissue For Tissue Engineering Applications

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2010Kemik mühendisliği uygulamalarına olan ihtiyaç, yaygın travmalar ve kemik kırıklarının geniş çaplı iyileştirilmesine yönelik klinik yaklaşımlar ile ilgili olarak giderek artmaktadır. Otolog kemik nakli halen kemik iyileşmesine yönelik uygulamaların başında gelmektedir. Yine de, kemik nakli için kullanılacak nakil örneklerinin düşük hacimleri, donör bölgelerin azlığı, sağlam ve güçlü kemik oluşumu sağlamak için yeni arayışların doğmasına yol açmıştır. Doku mühendisliği, hücrelerin yeniden organizasyonunu sağlayarak aktarılabilir doku örnekleri üretimine yoğunlaşmıştır. Diğer dokularla ilgili çalışmaların aksine kemik doku mühendisliğinde hücre, sinyal molekülleri ve 3 boyutlu yapıların katıldığı birçok yaklaşım vardır. Bu yüzden, in vitro çalışmalar in vivo koşullarda kullanılabilecek ve kemik oluşumunu sağlayacak yapay iskelet yapılarının verimliliğini araştırmaya yönelmiştir. Kemik oluşturmak için kullanılan yapay iskeletlerin yapımında biyoseramikler, biyopolimerler, metaller ve farklı bileşikler gibi çeşitli biyomateryaller kullanılmaktadır. Bu materyallerin, osteo-iletken, hücreler için tutunma yüzeyi oluşturan, hücre çoğalımını destekleyici ve biyomoleküler sinyallerin iletimi sağlayacak şekilde üretilmesi hedeflenmektedir. Mezenkimal kök hücreler, birçok farklı dokuya farklılaşma potansiyeli taşıyan multipotent progenitör hücrelerdir. Mezenkimal kök hücrelerin vücuttaki yaygın dağılımına örnek olarak, kemik iliği, yağ dokusu, kordon, kordon kanı, iskelet kasları, periost, sinovial zarlar, dermis, perisitler, trabeküler kemik, akciğer dokusu, diş pulpası ve periodontal ligamentlerde bulunabilirliği örnek olarak verilebilir. Mezenkimal kök hücreler, daha önce kemik iliğinden, yağ dokusundan, kordon kanından, amniotik sıvıdan, plasentadan ve sinavial zarlardan izole edilmiştir. Bu çalışma, temel olarak insan kordon kanından izole edilmiş mezenkimal kök hücrelerin yeni sentezlenmiş hidroksiapatit içeren poli(N-vinil-2prolidon-co-maleik asit) polimeri üzerinde 3 boyutlu bir şekilde kemik dokusuna farklılaştırılmasını hedeflemektedir. Çalışmanın biyobenzetme özü, kullanılacak olan yapının, gerçek insan kemik parçalarının davranışlarını in vivo kuşullarda gerekli olan moleküler, biyokimyasal ve morfolojik olarak taklit etmeyi amaçlamasındır.The demand for engineered bone is becoming increasingly high due to the need for curing traumas and fractures in clinics. Autologous bone grafts still seem to be the gold standards for progressive bone regeneration. However, the limitations regarding the produced volumes of bone grafts and donor scarcity is leading the approaches into finding alternative techniques to advance stable bone formation. Tissue engineering is a developing area that focuses on generating tissue replacements using arrangements of cells. In contrast to many tissues, there are may approaches to bone tissue engineering all involving cells, signalling molecules and 3-D scaffolds. Still this emerging field seeks the development of viable substitutes that maintain the function of the human bone-tissue. Therefore, in vitro studies have been focused to screening the efficiency of newly designed scaffolds for in vivo utilization for restoring bone regeneration. Different kind of biomaterials, such as bio-ceramics, biopolymers, metals, and composites have been used in bone tissue engineering to form the bone scaffold. Scaffold materials for bone tissue engineering applications can be engineered to be osteoconductive, providing a substrate for tissue growth that helps adhesion, proliferation, and differentiated function of bone forming cells. In addition it is also highly desirable that the scaffold has the ability to promote ECM secretion, and to carry biomolecular signals. Mesenchymal stem cells (MSCs) comprise a population of multipotent progenitor cells capable of differentiating into many tissues. The diverse in vivo distribution of MSCs comprises mainly the bone marrow, adipose tissue, human umbilical cord, blood, skeletal muscles, periosteum, synovial membrane, dermis, pericytes, trabecular bone, lung tissue, dental pulp and periodontal ligaments. MSCs are reported to be isolated from various sources of tissues besides bone marrow, such as adipose tissue, umbilical cord blood (UCB), amniotic fluid, membrane, placenta and synovial tissue. This study primarily focuses on the use of mesenchymal stem cells derived from umbilical cord blood on a newly synthesized hydroxyapatite containing poly(N-vinyl-2 prolydone-co-maleic acid) scaffold assigning the MSCs to differentiate towards forming bone in a 3D manner. The biomimetic essence of the study derives mimicking the actual fragment of human bone with respect to all necessary aspect of in vivo conditions, i.e. molecular, biochemical and morphological.Yüksek LisansM.Sc