Nöral doku mühendisliği için doku iskelesi tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of scaffold for neural tissue engineering
Yazar: TUBA BEDİR
Danışman: DOÇ. DR. CEM BÜLENT ÜSTÜNDAĞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Nöroloji = Neurology ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Nöral dokularda meydana gelen hasarlar, merkezi sinir sisteminin düşük rejeneratif kapasitesinden dolayı sinir fonksiyonunun kaybına neden olur. Kök hücre temelli tedavi, hasarlı sinirin rejenerasyonunda etkili bir yaklaşım olmasına rağmen bu hücrelerin doğrudan transplantasyonu, kısa süreli hücre sağkalımı ve mevcut nöral doku ile sınırlı entegrasyon gibi problemlere yol açar. Bu durum nöral dokuların hızlı ve tam rejenerasyonunu zorlaştırır. Ayrıca, nöral hasarların tedavisinde hücrelerin lezyon bölgesine yönlendirilmesi de kritik bir süreçtir. Bu problemlerin üstesinden gelebilmek için nöral doku mühendisliği etkili stratejiler sunmaktadır. 3B biyomimetik iskelelerin geliştirilmesi, hasarlı bölgede hücreler için gerekli fiziksel desteği sağlayarak, nöral doku ile daha iyi entegrasyon ve ardından yeni doku gelişimiyle sonuçlanabilir. 3B baskı, mikrometre aralığında ve istenilen yapıda nöral iskelelerin geliştirilmesinde öne çıkan bir teknolojidir. Elektriksel stimülasyon da fiziksel bir faktör olarak sinir rejenerasyon sürecinde büyük potansiyel gösterir.
Nöral doku mühendisliği alanına katkı sağlaması amaçlanan bu çalışmada, 3B baskı tekniği kullanılarak poli-laktik asit (PLA) polimeri ve bizmut ferrit (BFO) nanopartiküllerini içeren doku iskeleleri geliştirilmiştir. BFO nanopartikülleri basit ve düşük maliyetli bir yöntem olan birlikte çökelme ile sentezlenmiştir. Üretilen BFO tozları ve 3B basılmış nöral iskelelerinin morfolojik, kimyasal, termal, mekanik ve sitotoksik özellikleri incelenmiş ve nöral doku mühendisliğinde kullanım için uygun olduğu görülmüştür. Ayrıca, elektrik stimülasyonunun 3B basılmış nöral iskelede kültürlenmiş hücreler üzerindeki etkisi araştırılmış ve elektrik stimülasyonunun rasgele dizilmiş hücreleri hizaladığı; BFO nanopartiküllerinin de bu hizalanmış hücrelerin yönlendirilmesinde etkili olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Damage to neural tissues results in loss of nerve function due to the low regenerative capacity of the central nervous system. Although stem cell-based therapy is an effective approach in the regeneration of damaged nerve, direct transplantation of these cells causes problems such as short-term cell survival and limited integration with existing neural tissue. This complicates the rapid and complete regeneration of neural tissues. In addition, directing the cells to the lesion area is a critical issue for the treatment of neural damage. Neural tissue engineering offers effective strategies to overcome these problems. The development of 3D biomimetic scaffolds can provide the necessary physical support for cells in the damaged area, resulting in better integration with neural tissue and subsequently new tissue development. 3D printing is a prominent technology for the fabrication of neural scaffolds in the micrometer range and desired structure. Electrical stimulation also shows great potential for the process of nerve regeneration as a physical factor.
In this study, which is aimed to contribute to the field of neural tissue engineering, scaffolds containing poly-lactic acid (PLA) polymer and bismuth ferrite (BFO) nanoparticles were developed using 3D printing technique. BFO nanoparticles were synthesized by co-precipitation, which is a simple and cost-effective method. The morphological, chemical, thermal, mechanical and cytotoxic properties of the produced BFO powders and 3D printed neural scaffolds were characterized and found to be suitable for use in neural tissue engineering. In addition, the effect of electrical stimulation on 3D printed neural scaffold cultured cells were investigated and it was concluded that electrical stimulation aligns randomly sequenced cells and that BFO nanoparticles are effective in directing these aligned cells.