Kardiyovasküler doku mühendisliği uygulamaları için deselülerize edilmiş domuz kalbi hücre dışı matriksini içeren hibrit yapı iskelelerinin üretimi
Fabrication of hybrid scaffolds including decellularized pig heart extracellular matrix for cardiovascular tissue engineering applications
Yazar: BUKET ÇELİK
Danışman: PROF. DR. FADİME KIRAN ; DOÇ. DR. AHMET CEYLAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Kardiyoloji = Cardiology

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, kardiyovasküler doku mühendisliği uygulamaları için hibrit yapı iskeleleri üretmektir. Bu kapsamda, biyo-aktif bileşenler olarak insan mikrobiyotası kaynaklı postbiyotikler kullanılmıştır. Lactiplantibacillus plantarum HM-1 suşundan elde edilen postbiyotiklerin, hastane kaynaklı enfeksiyon etkeni olan Metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) bakterisine karşı 19±1.4 mm değerinde inhibisyon zonu sergilediği ve minimum inhibisyon konsantrasyonunun (MİK) 20 mg/mL olduğu belirlenmiştir. Postbiyotiklere ait MİK-10 dozunun; DPPH radikalini % 88,65 oranında giderdiği, H9c2 sıçan kardiyomiyoblast hücre canlılığını artırabildiği ve bu hücreler tarafından sentezlenen pro-inflamatuvar sitokin sentezini indükleyerek immün-stimülant etki sergilediği, L929 fare fibroblast hücrelerinde COL1A1 gen ifadesini ise 2,11 kat artırdığı tespit edilmiştir. Tüm bu özellikleri ile kalp krizi sonrası gerçekleşen patofizyolojik süreçlere olumlu yönde katkı sağlayabileceği öngörülen postbiyotikler hibrit iskele üretimine dahil edilmiştir. İskele temel malzemesini oluşturan ve yeni doğan domuz kalbinden elde edilen deselülerize hücre dışı matriks (dHDM, % 1), jelatin (% 5) ve postbiyotik (2.000 µg/mL) kombinasyonu elektro-eğirme işlemine tabi tutulmuş ve hibrit iskeleler elde edilmiştir. Taramalı elektron mikroskop analizleri neticesinde iskelenin düzenli lif yapısına sahip olduğu, mekanik stabilite testleri neticesinde ise kalp hücrelerinin gelişimine ve fonksiyonlarına uygun Young modülü aralığı (4 kPa) sergilediği tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen biyo-degradasyon analizleri sonuçları hibrit iskelelerin 7 gün boyunca yapılarını koruduğunu, biyo-uyumluluk analizleri ise H9c2 hücrelerinin iskelelere tutunarak canlı kalabildiğini ve morfolojilerini kazanabildiklerini göstermiştir. Bununla beraber, üretilen iskelelerin MRSA'ya karşı anti-bakteriyel etkinlik sergiledikleri de doğrulanmıştır. Bu çalışma kapsamında ilk kez, mikrobiyota kaynaklı postbiyotikler doku mühendisliği yaklaşımlarına dahil edilmiş olup kardiyak rejenerasyon açısından umut verici sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
The aim of this thesis is to produce hybrid scaffolds for cardiovascular tissue engineering applications. In this context, human microbiota-derived postbiotics were used as bio-active components. It was determined that postbiotics obtained from Lactiplantibacillus plantarum HM-1 strain exhibited an inhibition zone of 19±1.4 mm against Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), a causative agent of hospital-acquired infections. The minimum inhibitory concentration (MIC) was found to be 20 mg/mL. According to the results, MIC-10 dose of postbiotics eliminated DPPH radical by 88.65 %, increased the viability of H9c2 rat cardiomyoblast cells, exhibited an immune-stimulating effect by inducing the synthesis of pro-inflammatory cytokines synthesized by these cells, and up-regulated the COL1A1 gene expression in L929 mouse fibroblast cells by 2.11-fold. Postbiotics, which are predicted to contribute positively to the pathophysiological processes that occur after heart attacks, were included in the production of hybrid scaffolds. Decellularized extracellular matrix (dHDM, 1 %) obtained from newborn pig hearts, gelatin (5 %), and postbiotic (2,000 µg/mL) combinations were subjected to electro-spinning, and hybrid scaffolds were fabricated. Scanning electron microscope analyses revealed that the scaffold had a regular fiber structure, and mechanical stability tests revealed that it exhibited a Young modulus range (4 kPa) suitable for the development of heart cells. The results of the biodegradation analyses showed that the hybrid scaffolds maintained their structures for 7 days, and biocompatibility analyses displayed that H9c2 cells could adhere to the scaffolds and survive and gain their morphology. In addition, it was confirmed that the fabricated scaffolds exhibited anti-bacterial activity against MRSA. In this study, for the first time, microbiota-derived postbiotics were integrated in tissue engineering approaches, and promising results were obtained in terms of cardiac regeneration.