4-Boyutlu Baskılama ile Fonksiyonel İskelet Kası Doku Mühendisliği
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Ankara Üniversitesi, Biyoteknoloji Enstitüsü, Biyoteknoloji Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: EMRE ERGENE
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Pınar Huri
Eş Danışman: Gökhan Demirel
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:İskelet kasları güçlü bir yenilenme kapasitesine sahip olsa da yüksek enerjili travmalar sonrasında büyük hacimli kas kayıpları meydana gelebilir ve bu durum kas işlevselliğinin kaybına yol açabilir. Günümüz literatüründe otolog kas transferi iskelet kası onarımı için altın standart olarak kabul edilse nakledilebilecek kas miktarı sınırlı olduğu için çeşitli alternatifler araştırılmaktadır. Bunların başında hücre transplantasyonları gelmektedir. Uydu hücreleri, kas öncül hücreleri, mezenkimal kök hücreler gibi hücrelerin doğrudan yara bölgesine nakilleri çoğunlukla başarılı olmamaktadır. Literatürde hücresel tedavilerin fiziksel bir destek sistemi olan taşıyıcı iskeleler vasıtasıyla uygulanmasının etkin sonuçlar almak için bir gereklilik olduğu görüşü hakimdir. Diğer yandan taşıyıcı iskelelerin hedeflenen dokunun geometrik şekline benzer olduğu durumlarda daha başarılı sonuçlar alınmaktadır. Doğal dokuların kendilerine has geometrileri oldukça karmaşıktır. Bu karmaşık geometrilerin üretimi için aralarında 3 boyutlu (3B) ve 4 boyutlu (4B) basım stratejilerinin de olduğu pek çok yenilikçi üretim metodu geliştirilmektedir. Bir uyaran altında "şekil hafızası" veya "kendiliğinden harekete geçme" gibi bir davranış sergileyebilen akıllı malzeme ve sistemler 4B basım stratejilerinin ana odağını oluşturmaktadır. Bu tez çalışması iskelet kasının kendine has iç içe geçmiş hücre tabakalarına benzer bir modeli 3B ve 4B basım stratejileri vasıtasıyla üretmeye odaklanmıştır. Çalışmanın birinci kısmında sıcaklık duyarlı bir polimer olan N-izopropilakrilamid (PNIPAm)'in uygun koşullar altında şekil değişim potansiyeli incelenmiştir. Bu amaçla aktif (sıcaklık duyarlı) ve pasif katmanlardan oluşan bir akıllı hidrojel platformu üretilmiştir. Literatürdeki geleneksel direkt ısıtma yönteminden farklı olarak ışık enerjisi yardımıyla sıcaklığın seçili bölgelerde artırılması sağlanmış ve böylelikle platformun şekil değişimi kontrol edilmiştir. Sıcaklığın 470 nm mavi ışık yardımıyla seçili bölgelerde artırılması için PNIPAm desenler ışığın daha fazla soğurulmasını sağlayacak şekilde sarı, kırmızı ve yeşil boyalarla renklendirilmiştir. Hareketin yönü, bu renklendirilmiş desenlerin platform üzerindeki konumlanışı ile doğrudan ilişkilidir. Bulgularımıza göre sarı renkli desenler üzerindeki sıcaklık diğer renkli desenlere göre daha erken ve daha fazla gerçekleşmiştir. Bu durum hem tepki süresini daha aşağıya çekmiş hem de uygun desenle bir araya getirildiğinde istenilen son şeklin verilebilmesini sağlamıştır. Düz bir platforma bu sayede tübüler bir şekil verilmesinin ardından sarı renkli desenleme kullanılarak dört kollu yeni bir model üretilmiştir. Bir kavram kanıtı uygulaması gerçekleştirmek için bu platformun kollarıyla bir hedefin yakalanması sağlanmıştır. Daha sonra platformlar üzerinde 7 günlük bir hücre kültürü deneyi yürütülmüş ancak hücre tutunmasının zayıf olduğu gözlenmiştir. Birinci kısım çalışmamız bir kavram-kanıtı çalışmasıdır. Çalışma sayesinde akıllı malzemelerin üretimi, kullanımı ve püf noktaları analiz edilmiş ve ikinci kısım çalışmada 4B basım konsepti ile bir biyolojik uygulama amaçlanmıştır. Çalışmamızın ikinci kısmında, hücrelerle olan yüksek uyumluluğu ile bilinen jelatin polimeri metakrilat reaksiyonu (GELMA) ile foto-çapraz bağlanabilir hale getirilmiş ve aljinat malzemesi ile vizkozitesi artırılarak 3B yazıcıda kullanılabilecek bir biyomürekkep elde edilmiştir. Bu biyomürekkep C2C12 fare miyoblast hücreleriyle yüklü bir şekilde, sonradan 4B şekil değişimi için kullanılacak bir substrat üzerine basılmıştır. Substrat, silikon rubber (EcoFlex) ve karbonil demir tozları kullanılarak manyetik özellikli olacak şekilde üretilmiştir. 3B basımın ardından biyomürekkep substrat üzerinde önce CaCl2, sonra 470 nm mavi ışık kullanılarak çapraz bağlanmıştır. Ardından bir permanent mıknatıs yardımıyla manyetik substratlar rulo edilmiştir. Kontrol grubu olarak, bu örneklerin rulo edilmeden açık şekildeki halleri kullanılmıştır. Örneklere Açık ve Rulo grupları olmak üzere 7 günlük hücre kültürü yapılmıştır. Yapılan gözlemde hücrelerin polimer matris içerisinde yayılamadıkları anlaşılmış ve matris yoğunluğunun azaltılması için aljinat, kültürün 24. saatinde aljinat liyaz enzimi yardımıyla sistemden çıkartılmıştır. Bu uygulamanın ardından hem hidrojel yapısında gözeneklilik sağlanmış hem de hidrojelin elastisite modülü literatürde C2C12 hücrelerinin tutunması için uygun sertlik değeri olarak belirtilen 13-45kPa seviyesine indirilmiştir. Yapılan hücre canlılığı analizlerinde hücrelerin hayatta kaldığı ve 7 günlük deney sonuna kadar çoğalmayı başardıkları gözlenmiştir. İmmünfloresan uygulaması sonucunda ise C2C12 hücrelerinin 7.gün itibarıyla miyotüpler oluşturmaya başladığı gözlenmiştir. Rulo edilmiş örneklerde Açık gruba göre MyoD1 ifadesi ile çakışmayan daha az hücre çekirdeği gözlenmesi bu örneklerde bulunan hücrelerin daha dar bir alanda daha fazla hücre-hücre etkileşiminde bulunduğu ve bu nedenle daha fazla miyotüp oluşturma eğiliminde olduğu göstermektedir.