Mezenkimal kök hücrelerde sferoid oluşumunu tetikleyecek yeni bir üç boyutlu kültür materyali geliştirilmesi
Development of anew three-dimensional culture material to trigger spheroid formation in mesenchymal stem cells
Yazar: ASLI NURŞEVAL OYUNLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN DARİCİ
İstinye Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kök Hücre ve Doku Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyouyumlu materyaller = Biocompatible materials ; Hidrojeller = Hydrogels ; Hücre kültür teknikleri = Cell culture techniques ; Kök hücreler = Stem cells ; Sferoid = Spheroid

Özet:
Hücrelerdeki fizyolojik aktiviteleri, davranışları ve gelişimleri incelemek için uygulanabilirliği kolay ve maliyeti düşük olan iki boyutlu (2B) hücre kültür yöntemleri kullanılmaktadır. Ancak 2B kültürün hücre ve dokuların 3 boyutlu (3B) ortamı doğru şekilde taklit edememesi, yöntemin değerini azaltmaktadır. Bu dezavantajı gidermek amacıyla geliştirilen 3B kültür yöntemleri arasında sferoid/organoid sistemleri, mikroakışkanlar ve 3B biyobaskı bulunmaktadır. Tüm bu yöntemler kendi arasında 3B besine ulaşım, hücre-hücre, hücre-matris etkileşimleri gibi açılardan doğal ortamı daha iyi taklit etmede avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. 
Mezenkimal Kök Hücreler (MKH'ler), vücutta homeostazı korumakla görevli, kolay izole edilebilen ve yüksek farklılaşma potansiyeline sahip multipotent hücrelerdir. MKH'ler sferoid formda kültüre edildiğinde biyolojik ve fizyolojik olarak in vivo ortamdakine daha benzer sonuçlar vermektedir. Ancak sferoid formlarını oluşturmak için kullanılan mevcut yöntemler, MKH'leri daha hızlı farklılaşmaya götürmektedir. 
Bu çalışmada başta MKH'ler olmak üzere çeşitli kök hücrelerin kültüründe kullanılabilecek biyouyumlu aljinat/jelatin bazlı bir hidrojel geliştirerek mevcut sferoid yapma yöntemleri ile avantaj ve dezavantajları olup olmadığını belirlemeyi amaçladık. Bu doğrultuda MKH'ler, konvansiyonel 2B ortama ek olarak 3B ortamda Hanging drop ve Noble agar yöntemleri ve geliştirdiğimiz hidrojel ile kültüre edildi. Bu süreçte oluşan sferoidlerin büyüklüğü ve iç yapısı immünohistokimyasal yöntemlerle incelendi ve gen ekspresyonlarındaki değişimler real-time PCR ile analiz edildi.
Geliştirdiğimiz materyalin, uygun sferoid çapını sağlama, sferoidleri sabit tutma, canlılık ve kök hücrelere ait gen ekspresyonlarını koruma açısından diğer 3B yöntemlere göre avantajları olduğunu belirledik. Farklı kök hücreler ve kanser hücreleri ile yapılacak ek deneylerle geliştirdiğimiz materyalin farklı özelliklerini ortaya koyarak in vivo ortamı daha iyi taklit edecek bir 3B kültür ortamı oluşturabileceğimize inanıyoruz.

Abstract:
Two-dimensional (2D) cell culture methods, which are easy to implement and low cost, are used to examine the physiological activities, behavior, and development of cells. However, the inability of the 2D culture to adequately imitate the 3-dimensional (3D) environment of the body reduces the value of the method. Various 3D culture methods such as spheroid/organoid systems, microfluidics and 3D bioprinting were developed to overcome this problem. All these methods have their own advantages and disadvantages in terms of better imitation of the 3D environment, access to nutrients, cell-cell, cell-matrix interactions and costs. 
Mesenchymal Stem Cells (MSCs), which are responsible for maintaining homeostasis in the body, can be easily isolated from various locations of the body and have high differentiation potential. When MSCs were cultured as spheroids, they give similar biological and physiological responses to the cells analyzed in vivo. However, current methods used to create spheroids lead MSCs to differentiate more rapidly.
In this study, we aimed to develop a biocompatible alginate/gelatin-based hydrogel to determine whether there are advantages and disadvantages with existing spheroid making methods. MSCs were cultured with Hanging drop and Noble agar methods and our hydrogel in addition to conventional 2D culture. The size and internal structure of the spheroids formed in this process were examined by immunohistochemical methods, and the change in gene expressions was analyzed by real-time PCR.
We determined that the material we developed has advantages over other 3D methods in terms of providing the appropriate spheroid diameter, keeping the spheroids stable, maintaining viability and gene expressions of stem cells. We believe that we can create a 3D culture material that will better mimic the in vivo environment by revealing the different properties of our material, via further experiments with different cancer and stem cells.