Biomimetik Yaklaşımı İle Peptid Bazlı Biyomalzemelerin Medikal Uygulamalar İçin Geliştirilmesi

Abstract

İmplantasyon ve doku mühendisliği alanlarında, hücre davranışlarının ve biyolojik cevabın organik ve anorganik ara kesitlerinde kontrol edilebilmesi önemli bir sorundur. Konakçı organizmanın implant malzemelere vereceği biyolojik cevabı etkileyen faktörlerden çoğunluğu anorganik malzemenin yüzey özellikleri ile ilgilidir. İmplant doku entegrasyonu hücre tutunmasının, hücre çoğalmasının ve biyomineralizasyonun iyileştirilmesi, bakteriyel enfeksiyonun önlenmesi gibi faktörlere bağlı olup, bu faktörler yüzey özellikleri değiştirilerek kontrol edilebilmektedir. Yüzey kimyasinin biyolojik olarak aktif moleküllerin immobilzasyonu ile değiştirilmesi implant-doku etkileşiminin geliştirilmesinde alternatif bir yol oluşturmaktadır. Bu tür yüzey modifikasyonlarında, sadece belli özellikteki malzemeye özgü, spesifik fonksiyonel gruplar, sentetik yollar gerektiren geleneksel immobilizasyon yöntemleri çok sık uygulanır. Halen kimyasal ajanlara alternatif olabilecek biyouyumlu, biyomoleküllerle oluşturulan bileşimlerde fonksiyonelliği koruyabilecek yeni bağlayıcı moleküllere ihtiyaç vardır. Anorganik yüzeylere bağlanan peptitler (GEPI) implant yüzeylerde yüzey tanıma özelliklerinden dolayı gerçek biyolojik fonksiyonelleştirmesi yaparak implant yüzeye bağlanıp montaj olabilirler. Bu tez çalışmasında, ilk olarak titanyum diş implant yüzeyine (cp Grade4) ilgisi olan peptitleri hücre yüzey gösterim teknolojisi ile elde ettik ve sonrasında bağlanma ilgisi, özgünlük, moleküler yapı ve sitotoksisite açısından tam olarak karakterize ettik. Sonrasında, peptilerin biyolojik yüzey modifikasyonları için moleküler bağlayıcı olarak potensiyel uygulanabilirliğini osseointegrasyon için kritik olan üç farklı örnekle gösterdik: hücre bağlanmasını iyilestirmek üzere RGD ile kombinasyonu, bakteriyel enfeksiyonu önlemek üzere için antimikrobiyel peptit ile konjugasyonu, yüzeyde mineralizayon olusturabilmesi için mineralizasyon özelliği olan peptitle konjuasyonu. Bu tezin kapsamında, GEPI`lerin moleküler bağlayıcı olarak hücre-yüzey arasındaki ilişki ve mineralizayonun kontrolünde dikkat çekici potensiyeli ara kesitte yüzey ile oluşturabildikleri etkileşimleri açısından gösterilmiştir.

In restorative medicine and implantation fields, regulation of cell behavior and cellular response at organic-inorganic interphase is a major challange. Majority of the factors that effect the biological response of host tissues to implant materials rely on surface properties. The implant-tissue integration depends on promotion of cell adhesion, cell proliferation, and biomineralization, all of which can be regulated by altering surface properties. Modifying surface chemistry via immobilization of biologically active molecules is one of the alternative way to improve implant-tissue interactions. Conventional immobilization methods are often applicable only to a limited range of materials and require the presence of specific functional groups and synthetic pathways. There is still a need to develop more biocompatible linkers. Genetically engineered peptides for inorganics (GEPI) offers truly biological surface functionalization since the peptides with inorganic surface recognition can bind and assemble on the implant surfaces. In the scope of the dissertation, we first generated a set of sequences that have affinity to titanium dental implant surface (cp Grade 4) via cell surface display and then fully characterized them in binding affinity, specificity, molecular structure and cytotoxicty. We next demonstrated their potential applicability for biological surface modifications in three case studies; promoting cell adhesion through conjugating with RGD, preventing bacterial infection through conjugating with an antimicrobial peptide, promoting mineralization conjugating with mineralization directing peptide, covering all aspects that are critical for osseointegration. Overall, we demonstrated GEPIs as remarkable potential biological linkers to regulate cell-surface interactions and mineralization through their controlled interactions induced at the interphase.