Oksidatif stres altında morfoloji ve hücresel biyomekanikteki değişikliklerin akusto-holografik olarak incelenmesi
Investigation of changes in morphology and cellular biomechanics under oxidative stress using acousto-holographic methods
Yazar: MERVE SEVGİ
Danışman: PROF. DR. RABİA ÇAKIR ; DOÇ. DR. HÜSEYİN ÜVET
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Oksidatif stres = Oxidative stress

Özet:
Bu tez çalışmasında, oksidatif stres altında hücre morfolojisi ve biyomekanik değişikliklerin akusto-holografik yöntemle incelenmesi amaçlanmıştır. Oksidatif stres, reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretimi ile meydana gelen dengesizlik sonucu oluşur ve hücre yapılarında önemli hasarlara yol açar. Bu durum birçok hastalığın patogenezinde rol oynar ve hücresel düzeyde apoptoza veya nekroza neden olabilir.
Çalışmada, HUVEC (insan göbek veni endotel hücreleri), HCT-116 (insan kolorektal kanser hücreleri) ve C2C12 (fare miyoblast hücreleri) hücre hatları kullanılmıştır. Hücreler, farklı H2O2 konsantrasyonlarına (0 mM, 0.5 mM, 1 mM, 2 mM) maruz bırakılarak oksidatif stres indüklenmiştir. Bu hücrelerin sertlik ve morfolojik değişiklikleri akusto-holografik yöntemle analiz edilmiştir. Akusto-holografik yöntem, hücre zarının elastikiyet modülünü hesaplamak ve hücre sertliğini belirlemek için kullanılmıştır. Bu yöntem, hücrelerin mekanik özelliklerini hassas bir şekilde ve etiketsiz ölçerek, hücre davranışlarının oksidatif stres altındaki değişimlerini ortaya koymuştur.
Çalışma sonucunda, hücrelerin apoptoz seviyeleri ve hücre ölüm oranları hakkında önemli veriler elde edilmiştir. Hücre morfolojisi, hücrelerin boyutları, şekilleri ve yapısal bütünlükleri mikroskopi teknikleri ile gözlemlenmiştir. Oksidatif stresin etkisiyle hücrelerde büzülme, kromatin yogunlaşması ve nükleer parçalanma gibi apoptoza özgü morfolojik degişiklikler belirginleşmiştir. Sertlik ölçümleri, hücrelerin elastikiyet modülünde anlamlı değişiklikler olduğunu göstermiştir. 
Özellikle, artan H2O2 konsantrasyonlarına maruz kalan hücrelerin daha yumuşak
hale geldiği tespit edilmiştir. 
Deneysel veriler, hücrelerin oksidatif stres altında farklı tepkiler verdiğini  ve bu tepkilerin hücre tipine göre değişiklik gösterdiğini ortaya koymuştur.  HUVEC hücrelerinde gözlenen değişiklikler, endotel hücrelerin ROS ile mücadele  mekanizmalarına ışık tutmuştur. HCT-116 hücrelerinde ise, oksidatif stresin kanser hücrelerinin biyomekanik özelliklerini nasıl etkilediği incelenmiştir. C2C12  hücreleri ise miyoblast hücrelerinin oksidatif strese karşı verdiği yanıtları anlamak için kullanılmıştır.
Bu araştırma, oksidatif stresin hücreler üzerindeki biyomekanik etkilerini daha iyi anlamak için önemli bilgiler sunmaktadır. Elde edilen bulgular, oksidatif stresle ilişkili hastalıkların mekanizmalarını aydınlatmaya ve potansiyel tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesine katkıda bulunabilir.

Abstract:
In this thesis, the aim was to investigate the changes in cell morphology and biomechanics under oxidative stress using the acousto-holographic method. Oxidative stress occurs as a result of an imbalance caused by the production of reactive oxygen species (ROS), leading to significant damage to cell structures. This condition plays a role in the pathogenesis of many diseases and can cause apoptosis or necrosis at the cellular level. In the study, HUVEC (human umbilical vein endothelial cells), HCT-116 (human colorectal cancer cells), and C2C12 (mouse myoblast cells) cell lines were used. The cells were exposed to different concentrations of H2O2 (0 mM, 0.5 mM, 1 mM, 2 mM) to induce oxidative stress. The stiffness and morphological changes of these cells were analyzed using the acousto-holographic method. The acousto-holographic method was used to calculate the elasticity modulus of the cell membrane and determine cell stiffness. This method sensitively measured the mechanical properties of the cells, revealing changes in cell behavior under oxidative stress.
As a result of the study, important data were obtained regarding the levels of apoptosis and cell death rates. Cell morphology, including cell sizes, shapes, and structural integrity, was observed using microscopy techniques. Morphological changes specific to apoptosis, such as cell shrinkage, chromatin condensation, and nuclear fragmentation, became apparent under the influence of oxidative stress. Stiffness measurements showed significant changes in the elasticity modulus of the cells. Specifically, it was found that cells exposed to increasing concentrations of H2O2 became softer.
Experimental data revealed that cells respond differently to oxidative stress and that these responses vary according to cell type. The changes observed in HUVEC cells shed light on the mechanisms of endothelial cells in combating ROS. In HCT-116 cells, the effects of oxidative stress on the biomechanical properties of cancer cells were examined. C2C12 cells were used to understand the responses of muscle cells to oxidative stress. This research provides important insights into the biomechanical effects of oxidative stress on cells. The findings can contribute to elucidating the mechanisms of diseases related to oxidative stress and developing potential therapeutic approaches.