Nöral doku mühendisliğinde kullanılmak üzere iletken, kendi kendini onarabilen, enjekte edilebilir hidrojel doku iskeleleri
Conductive, self-healing, injectable hydrogel tissue scaffolds for use in neural tissue engineering
Yazar: GÜLŞAH TORKAY
Danışman: DOÇ. DR. AYÇA BAL ÖZTÜRK
İstinye Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kök Hücre ve Doku Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Biyopolimerler = Biopolymers ; Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Hidrojeller = Hydrogels ; Nöral kök hücreleri = Neural stem cells ; Periferik sinir hasarları = Peripheral nerve injuries ; Sodyum aljinat = Sodyum alginate ; Sodyum hiyaluronat = Sodium hyaluronate ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Bu tez çalışmasında, kendi kendini onarabilen, enjekte edilebilir, iletken özellikte modifiye-hyaluronik asit ve aljinat temelli hidrojel sistemlerinin geliştirilmesi ve nöral doku mühendisliği için potansiyellerinin araştırılması amaçlanmıştır. Kendi kendine onarım davranışı başlıca aldehit ve hidzazit grupları arasındaki dinamik kovalent hidrazon bağları aracılığıyla Schiff bazı reaksiyonu, çeşitli ikincil bağlar ve yapıya katılan kalsiyum iyonları aracılı elektrostatik kuvvetler ile sağlanmıştır. Tez kapsamında ilk olarak, aljinat polimeri oksidize edilmiş, takiben metakrile edilmiştir (OMA). Son ürüne elektroiletkenlik özelliği kazandırmak amacıyla, yapıya polipirol takılmıştır (OMA-PPy). Hyaluronik asit polimeri, adipik asit dihidrazit ile reaksiyona sokularak hyaluronik asit-adipik dihidrazid (HA-ADH) elde edilmiştir. Elde edilen modifiye polimerler FTIR ve NMR ile karakterize edilmiştir. Hidrojellere; yapısal karakterizasyon, şişme, degredasyon, mekanik dayanım, reoloji, iletkenlik, kendi kendini onarabilme özeliğinin belirlenmesi testleri uygulanmıştır. Optimizasyon çalışmaları sonrasında, doğal nöral dokulara oldukça yakın değerler elde edilmiştir (~1,70 kPa sıkıştırma dayanımı ve 4,41 mS/cm iletkenlik). In vitro patlama basıncı ve ex vivo dura mater biyoadezyonu sonuçlarına göre hidrojeller ortalama bir adezif özellik sergilemiştir. Kan testlerinde hidrojellerin son derece hemouyumlu ve hemostatik olduğu görülmüştür. In ovo koryoallantoik membran testi ile hidrojellerin biyouyumlulukları ispatlanmıştır. Hücre kültürü çalışmalarında laminin mimetiği izolösin–lizin–valin–alanin–valin (IKVAV) peptit dizisinin de katkısı ile hidrojellerin, nöral kök hücrelerin tutunma, çoğalma ve spontan farklılaşma davranışlarını desteklediği bulunmuştur. Elde edilen sonuçlara göre, geliştirilen çok fonksiyonlu özgün hidrojeller nöral doku mühendisliği uygulamaları için uygun birer doku iskelesi adayıdır.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to develop self-healing, injectable, conductive modified-hyaluronic acid and alginate-based hydrogel systems and to investigate their potential for neural tissue engineering. The self-healing behavior is mainly provided through dynamic covalent hydrazone bonds between aldehyde and hydrazone groups, namely the Schiff base reaction, various secondary bonds, and electrostatic forces mediated by calcium ions participating in the structure. Within the scope of the thesis, the alginate polymer was first oxidized, then methacrylated (OMA). Polypyrrole is attached to the structure (OMA-PPy) in order to give electroconductivity to the final product. Hyaluronic acid polymer was reacted with adipic acid dihydrazide to obtain hyaluronic acid-adipic dihydrazide (HA-ADH). The resulting modified polymers were characterized by FTIR and NMR. Structural characterization, swelling, degradation, mechanical strength, rheology, conductivity, self-healing tests were applied to hydrogels. After optimization studies, values very close to natural neural tissues were obtained (~1.70 kPa compression strength and 4.41 mS/cm conductivity). According to the results of in vitro burst pressure and ex vivo dura mater bioadhesion, the hydrogels exhibited an average adhesive property. In blood tests, the hydrogels were found to be highly hemocompatible and hemostatic. The biocompatibility of the hydrogels was proven by the in ovo chorioallantoic membrane test. In cell culture studies, with the contribution of the laminin mimetic isoleucine–lysine–valine–alanine–valine (IKVAV) peptide sequence, hydrogels have been found to support the attachment, proliferation and spontaneous differentiation behaviors of neural stem cells. According to the results obtained, the developed multifunctional hydrogels are suitable scaffold candidates for neural tissue engineering applications.