Beyin desellülerize ekstraselüler matriks destekli 3 boyutlu kültürde pluripotent kök hücreler ile organoid oluşturulması
Organoid formation with pluripotent stem cells in 3D culture supported with decellularized extracellular matrix of the brain
Yazar: YAĞMUR EKİN BOYOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN DARICI
İstinye Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kök Hücre ve Doku Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Histoloji ve Embriyoloji = Histology and Embryology
Dizin: Beyin hücreleri = Brain cells ; Biyoloji = Biology ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Doku kültürü = Tissue culture ; Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Hücre farklılaşması = Cell differentiation ; Hücre kültürü = Cell culture

Özet:
Kök hücre farklılaşmasını, hücrelerin kültüre edildiği ortama hedeflenen dokuya 
ait matriks bileşenleri ekleyerek tetiklemek mümkündür. Çalışmamızda da bu olasılık 
hayvan beyin dokularından elde edilen matriks ve 3B kültür malzemelerinin 
kombinasyonu ile kök hücrelerden sferoid ve organoid oluşumu sağlanarak farklılaşma 
ve beyin dokusu oluşturma düzeyleri değerlendirilmiştir. 
Çalışmamızda indüklenmiş pluripotent kök hücreler (iPKH'ler) ile bunlardan 
farklılaştırılmış Nöral progenitörler kullanılmıştır. Çalışma için hücreleri 1:1, 1:2 ve 2:1 
oranlarında karıştırılarak öncelikle sferoid haline getirilmiştir. Ardından hidrojel içine 
alınarak organoid gelişimi tetiklenmiştir. Deney gruplarının hidrojellerine beyin 
dokusunun desellülerizasyonu ile elde edilen liyofilize ekstrasellüler matriks (dESM) 
eklenmiştir.  İki aylık kültür sonucunda örneklerdeki gelişim ve farklılaşma düzeyleri 
histokimyasal, immünohistokimyasal ve gen ekspresyonu açısından değerlendirilmiştir. 
Çalışmamız sonucunda sadece iPKH'lerden oluşan organoidlerde kıkırdak gibi 
mezodermal yapılara sıkça rastlanırken sadece iNöron veya iNöron+iPSC organoid 
gruplarında ise oluşan yapıların nörosferler halinde geliştiği veya periferik sinir benzeri 
yapılar oluşturduğunu gözlemledik. Bu yapılar jelin içerisinde kalma ve merkeze doğru 
ilerleme eğiliminde olup in vivoya benzer 3B gelişim modelleri oluşturduğu gözlendi. Bu 
süreçte hücrelerin dECM'e tutunduğu ve dECM fibrilleri boyunca yerleşim gösterdiği de 
izlendi. 
Araştırma sonuçlarımızın, hem nöral gelişimin ve ilişkili hastalıkların 
modellenmesi hem de periferik sinir hasarları gibi durumnlarda kişininin kendi 
hücrelerinden yapay dokular elde edilmesi için yapılacak çalışmalarda öncü olacağını 
düşünüyoruz.

Abstract:
It is possible to trigger stem cell differentiation by adding matrix components of 
the targeted tissue to the medium in which the cells are cultured. In our study, this 
possibility was evaluated by combining the matrix obtained from animal brain tissues and 
3D culture materials to form spheroids and organoids from stem cells and the levels of 
differentiation and brain tissue formation. 
Induced pluripotent stem cells (iPSCs) and neural progenitors differentiated from 
them were used in our study. For the study, the cells were mixed at 1:1, 1:2 and 2:1 ratios 
and first turned into spheroids. Then, they were taken into the hydrogel and organoid 
development was triggered. Lyophilized extracellular matrix (dESM) obtained by 
decellularization of brain tissue was added to the hydrogels of the experimental groups. 
After two months of culture, the development and differentiation levels in the samples 
were evaluated in terms of histochemical, immunohistochemical and gene expression. 
As a result of our study, we observed that mesodermal structures such as cartilage 
were frequently encountered in organoids consisting only of iPSCs, while in organoid 
groups consisting only of iNeurons or iNeurons+iPSCs, the structures formed developed 
as neurospheres or formed peripheral nerve-like structures. It was observed that these 
structures tended to remain within the gel and move towards the center, creating 3D 
development models similar to those in vivo. During this process, it was also observed 
that the cells clung to the dECM and settled along the dECM fibrils. We believe that our 
research results will pioneer studies to be conducted both for modeling neural 
development and related diseases, and for obtaining artificial tissues from the person's 
own cells in cases such as peripheral nerve damage.