Tiramin ile modifiye edilmiş hyaluronik asit (HTA)/jelatin (GTA) hibrit hidrojellerde kanser hücre davranışlarının ve multi-omik profillerinin araştırılması
Investigation of cancer cell behaviour and multi-omics profiles on tyramine modified hyaluronic acid (HTA) / gelatin (GTA) hybrid hydrogels
Yazar: MELİS IŞIK
Danışman: PROF. DR. EMEL EMREGÜL
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Hidrojeller = Hydrogels ; Hücre adezyon molekülleri = Cell adhesion molecules ; Metabolomikler = Metabolomics ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Omik veri = Omics data

Özet:
Bu çalışmada, mekanik özellikleri ve hücresel fonksiyonlara etkisi farklı olan hidrojellerin birleştirilmesi ile bir ECM modeli oluşturarak kanser hücrelerinin hücre yapışma kapasitesini ayarlamak ve moleküler fenotipi kontrol ederek metastazlarını incelemek hedeflenmiştir. Enzimatik olarak çapraz bağlanabilir GTA, jelatin ve tiramin hidroklorür arasında NHS / EDC kimyası yoluyla gerçekleşen bir yoğunlaştırma reaksiyonu ile sentezlendi. Sentez başarısı ve hidrojelleşme kapasitesi FTIR, NMR, SEM ve reolojik analizler ile belirlendi. Stabiliteyi ve mekanik özellikleri kontrol etmek için farklı konsantrasyonlarda HTA-GTA hibrit hidrojelleri tasarlandı ve mekanik özelliklere bağlı olarak fiziksel özelliklerde meydana gelen değişimler SEM ve reolojik analizler ile karakterize edildi. Kolorektal adenokarsinom (HT-29) hücrelerinin hidrojeller üzerinde kümelenmesini ve tek tabakalı kültürünü kontrol etmek için HTA-GTA hidrojellerinin bileşen oranıları 2:1-sert matris, 1:1 ve 1:2-yumuşak matris olacak şekilde değiştirildi ve hücre yapışma kapasitesi kalsein-AM ve YAP boyaması ile incelendi. Optimal HTA-GTA hidrojelinin belirlenen oranlarında, hücre mekanotransdüksiyonuna ve moleküler fenotipe bağlı olarak metastazik genotipin değişimi gen ekspresyon analizleri ile incelendi. Ardından kanser hücrelerinin matris-bağımlı veya tümör-ilişkili hücre ölüm yolaklarını aydınlatmak amacı ile apoptoz, nekroz ve otofaji ile ilgili genler analiz edildi. Metabolit fenotiplerindeki değişiklikler, omik teknolojilerini içeren geniş bir teknik yelpazesi ile değerlendirildi. Elde edilen sonuçlar, 3B-benzeri hücre kümelenmesinden tek katmanlı hücre kültürüne geçiş göz önünde bulundurulduğunda, %1 HTA- %10 GTA (2:1, 1:1, 1:2) hidrojellerinin kanser hücresi yapışmasını ve hücre-malzeme arasındaki mekanik iletime bağlı olarak metastazik genotipi kontrol edilebilir kılan bir hidrojel platformu olduğunu desteklemektedir.

Abstract:
In this thesis, the aim of the study was tuning the cell adhesion of cancer cells and examining their metastases by controlling the molecular phenotype by constructing an ECM model composed of combined hydrogels with different mechanical properties but also possing distinct effects on cellular functions. Enzymatically crosslinkable GTA was synthesized by a condensation reaction between gelatin and tyramine hydrochloride via NHS/EDC chemistry. Success in synthesis and hydrogelation capacity were determined by FTIR, NMR, SEM and rheological analysis. In order to control the stability and mechanical properties, HTA-GTA hybrid hydrogels at different concentrations were designed and SEM and rheological characterizations were proceed to elucidate the changes in physical properties due to alterations in mechanical properties. The component ratio of the HTA-GTA hydrogel was changed between 2:1-hard matrix, 1:1 and 1:2-soft matrix to control the cell-clustring and monolayer culture of colorectal adenocarcinoma (HT-29) cells on hydrogels and the cell adhesion tuning was examined by calcein-AM and YAP staining. The effect of cell mechanotransduction and molecular phenotype on metastatic genotype was investigated by gene expression analysis after determining the optimal HTA-GTA hydrogel scaffold. Genes involved in apoptosis, necrosis and autophagy were analyzed to elucidate the cell death pathways of cancer cells and clarify whether the cellular death is matrix-dependent or tumor-associated. Changes in metabolite phenotypes were evaluated with a wide range of techniques including omics technologies. Considering the transition from 3D-like cell aggregation to monolayer cell culture, obtained results indicated that %1 HTA- %10 GTA (2:1, 1:1, 1:2) hydrogels support cancer cell adhesion tuning and provide a hydrogel platform that supports the control of metastatic genotype depending of cell-material mechanotransduction.