Poli (2-hidroksietil-metakrilat) temelli jelatin ve amino asit içeren süpermakrogözenekli kriyojel doku iskelelerinin geliştirilmesi
Development of poly (2-hydroxyethyl-methacrylate) based gelatin and amino acid containing supermacroporous cryogel tissue scaffolds
Yazar: GÜLŞEN BAYRAK
Danışman: DOÇ. DR. IŞIK PERÇİN DEMİRÇELİK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Kriyojeller, birbirleriyle bağlantılı geniş gözenekleri, hidrofilik yapıları, sentezlenirken çözücü ve gözenek yapıcı olarak toksik madde gerektirmemeleri ve mekanik olarak dayanıklı olmalarının yanında esnek yapıya sahip olmaları sayesinde doku mühendisliği çalışmalarında doku iskelesi olarak kullanım avantajı sunmaktadırlar. 
Bu tez çalışmasında temel monomer olarak 2-hidroksietilmetakrilat (HEMA), komonomer olarak N-metakriloil-(L)-histidin metil ester (MAH) ve çapraz bağlayıcı olarak poli(etilen glikol) diakrilat (PEGDA) kullanılarak jelatin içeren süpermakrogözenekli kriyojeller hazırlanmıştır. Çalışmanı amacı PHEMA gibi geniş makrogözenekler bulunduran kriyojeli jelatin gibi doğal bir malzeme ve histidin amino asidi türevli MAH komonomeri ile birleştirip hücrelerin üzerinde tutunabileceği, canlı kalabileceği ve çoğalabileceği bir doku iskelesi yapmaktır. MAH komonomerinin ve jelatinin birlikte etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için kriyojeller farklı oranlarda jelatin ve MAH içerecek şekilde hazırlanmıştır. Buna göre dört farklı özellikte; poli(2-hidroksietil metakrilat) [PHEMA], poli(2-hidroksietil metakrilat)-jelatin [PHEMA/GEL], poli(2-hidroksietil metakrilat N-metakriloil-(L)-histidin metil ester) [PHEMAH] ve poli(2-hidroksietil metakrilat-N-metakriloil-(L)-histidin metil ester)-jelatin [PHEMAH/GEL] ve değişen jelatin oranına bağlı olarak toplam sekiz kriyojel grubu oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında hazırlanan kriyojellerin doku iskelesi olarak kullanılabilirlikleri değerlendirilmiştir. Jelatinin yapısında bulunan RGD (Arjinin-Glisin-Aspartik asit) dizisinin ve doku iskelesi yapımı çalışmalarında ilk kez kullanılan histidin amino asidi türevli MAH komonomerinin hücre çoğalması, hücre tutunması ve hücre canlılığı üzerindeki etkileri in vitro hücre kültür deneyleri ile araştırılmıştır.
Kriyojellerin sentezi -18°C'de serbest radikal polimerizasyonu ile gerçekleştirilmiştir. Jelatin ve MAH polimerizasyon esnasında yapıya katılarak PHEMA kriyojele fonksiyon kazandırmıştır.  Hazırlanan kriyojellerin karakterizasyon çalışmaları kapsamında; şişme özellikleri makro gözeneklilik derecesi, jelleşme verimi, şişme derecesi ve şişme oranı hesaplanarak değerlendirilmiştir. PHEMA temelli kriyojellerde jelatin oranına bağlı olarak makrogözeneklilik derecesi, şişme derecesi ve şişme oranlarında düşüş gözlenmiştir. Jelatin ve MAH'ın çalışma kapsamında sentezlenen kriyojellerin yapısına katılıp katılmadığı FTIR (Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi) ile incelenmiştir ve sonuç olarak yapıya başarılı bir şekilde katıldıkları görülmüştür.  Mikro bilgisayarlı tomografi (mikro-ct) ile çalışma kapsamındaki kriyojellerin üç boyutlu karakterizasyon analizleri gerçekleştirilmiş, MAH ve jelatin içeren PHEMAH/GEL için gözenekliliğin %80,13 olduğu bulunmuştur. Farklı kriyojeller için hücrelerin canlılık özellikleri ve tutunma davranışları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir, elde edilen görüntüler sonucunda PHEMAH/GEL kriyojellerin hücre tutunması ve dağılımı açısından daha başarılı olduğu bulunmuştur. Hücre canlılık ve biyouyumluluk deneyleri hazırlanan tüm kriyojeller için 24 ve 48. saatlerde L929 fare fibroblast hücreleri kullanılarak 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-difeniltetrazolyum bromür (MTT) testi ile gerçekleştirilmiştir. Jelatin ve MAH komonomeri ile fonsiyon kazandırılan PHEMA/GEL ve PHEMAH/GEL kriyojeller için hücre canlılığının PHEMA kriyojelden daha yüksek olduğu gösterilmiştir. Hazırlanan kriyojeller arasında PHEMAH/GEL kryojellerin daha yüksek hücre canlılığı vermesiyle birlikte histidin amino asidi türevli MAH'ın hücrelerin canlılığı üzerinde arttırıcı etkisi olduğu sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak MAH ve jelatin ile hazırlanan PHEMAH/GEL kriyojellerin doku iskelesi olarak kullanılabilir oldukları sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Cryogels offer the advantage of being used as tissue scaffold in tissue engineering studies due to their large interconnected pores, hydrophilic nature, they do not require toxic substances as solvents and pores forming agents when they synthesis, they are flexible and mechanically durable.
In this study, gelatin containing cryogels were prepared using 2-hydroxyethylmethacrylate (HEMA) as a basic monomer, N-methacryloyl- (L) -histidine methyl ester (MAH) as a comonomer and poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) as the crosslinker. The aim of the study is to combine supermacroporous PHEMA cryogels with a natural material such as gelatin and histidine amino acid derived comonomer MAH, to make a tissue scaffold for cells can attach, survive and proliferate. In order to better understand the effects of MAH comonomer and gelatin together, cryogels were prepared to contain different amounts of gelatin and MAH. Accordingly, four different features; poly (2-hydroxyethyl methacrylate) [PHEMA], poly (2-hydroxyethyl methacrylate)-gelatin [PHEMA/GEL], poly (2-hydroxyethyl methacrylate N-methacryloyl- (L) -histidine methyl ester) [PHEMAH] and poly ( hydroxyethyl methacrylate-N-methacryloyl-(L)-histidine methyl ester)-gelatin [PHEMAH/GEL] and a total of eight cryogel groups were formed depending on the varying gelatin ratio. The usability of prepared cryogels prepared as a scaffold was evaluated. The effects of RGD (Arginine-Glycine-Aspartic acid) sequence in the gelatin structure and effect of  histidine amino acid derived MAH comonomer (which is used for the first time in tissue scaffold fabrication studies)  to cell proliferation, cell adhesion and cell viability were investigated by in vitro cell culture experiments.
Synthesis of cryogels was carried out by free radical polymerization at -18 ° C. Gelatin and MAH were added to the structure during polymerization to give PHEMA cryogel function. Within the scope of characterization studies of prepared cryogels; swelling properties were evaluated by calculating the degree of macroporosity, gel fraction yield, swelling degree and swelling ratio. In PHEMA-based cryogels, the degree of macroporosity, swelling degree and swelling ratio were decreased due to the gelatin ratio. Whether gelatin and MAH were incorporated into the structure of the cryogels was examined by FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and as a result, they were successfully incorporated into the structure of cryogels. Three-dimensional characterization analyzes of MAH and gelatin containin cryogels performed by microcomputed tomography (micro-ct) and the porosity was found 80,13% for PHEMAH/GEL. Cell viability and adherence behavior of the cells for different cryogels were examined by scanning electron microscopy (SEM), the results showed that PHEMAH/GEL cryogels showed better cell attachment and cell distribution. Cell viability and cell biocompatibility experiments were performed by using 3- [4,5-dimethylthiazol-2-yl] -diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay using L929 mouse fibroblast cells at 24 and 48 hours for all cryogels prepared. It was found that cell viability was higher for PHEMA/GEL ve PHEMAH/GEL cryogels functionalised with gelatin and MAH comonomer than PHEMA cryogels. Among the cryogels prepared, it was concluded that the histidine amino acid derived MAH had an enhancing effect on the cell viability as PHEMAH / GEL cryogels gave higher cell viability. As a result, it was concluded that PHEMAH / GEL cryogels prepared with MAH and gelatin can be used as tissue scaffold.