Mikro/nano kanallı iletken PCL/PLGA polimerik iskelelerinde nöral hücre davranışlarının araştırılması
Investigation of neural cell behaviors on micro/nano channeled conductive PCL/PLGA polymeric scaffolds
Yazar: ASEL AYDEĞER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLYAS ÖZÇİÇEK
İstanbul Medipol Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Aksonlar = Axons ; Altın nanopartiküller = Gold nanoparticle ; Biyouyumlu materyaller = Biocompatible materials ; Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Poliglikolik asit = Polyglycolic acid ; Polikaprolakton = Polycaprolactone

Özet:
İnsanların sağlıklılarını sürdürmelerini sağlayan ana etkenlerden birisi, doku hasarını onarma yetenekleridir. Doku mühendisliği, doku ve organ düzeyinde fonksiyonları onarmak amacıyla biyo-uyumlu işlevsel malzemeler geliştirmeyi hedeflemektedir. Sinir sisteminde gerçekleşen ciddi yaralanmalar, kalıcı sakatlıklara ve hayat kalitesinin düşmesine sebep olmaktadır. Nöronların rejenerasyon kapasitesi özellikle merkezi sinir sisteminde sınırlıdır. Sonuç olarak omurilik hasarı gibi merkezi sinir sistemi yaralanmalarında tedavi yaklaşımı, doku mühendisliği uygulamalarıyla gelişim göstermeye ihtiyaç duymaktadır. Bu tez çalışmasının amacı mikro/nano kanallara sahip altın nanopartiküller ve polipirol ile modifiye edilmiş iletken, biyo-uyumlu doku iskelelerinin geliştirilmesi ve bu iskeleler üzerinde PC12 hücrelerinin ve nöral kök hücrelerin davranışlarının araştırılmasıdır. Bu doğrultuda elektron demeti litografisi tekniği kullanılarak 0,5, 1 ve 5 µm oluk genişliklerine sahip iskelelerin üretimine imkân tanıyacak silikon kalıplar üretilmiştir. İlgili kalıplar kullanılarak PCL/PLGA hibrit polimerik iskeleleri oluşturulmuştur. İskelelerin yüzey modifikasyonları iletkenlik sağlayacak iki biyomalzeme ile sağlanmıştır: altın nanopartiküller ve polipirol. Oluşturulan farklı iskeleler üzerinde PC12 hücreleri ve nöral kök hücreler kültür edilmiştir. Kültür süreci geleneksel statik kültür ve biyoreaktör koşulları altında olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleştirilmiştir. Biyoreaktör sistemi ile hücrelere 7 gün boyunca elektriksel uyarım uygulanmıştır. Nöral hücrelerin davranışları; toksisite testi, immünofloresan boyamalar, taramalı elektron mikroskopisi, hücre morfolojilerinin kantifikasyonu ve gen ifadesinin analizi ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak üretilen PCL/PLGA oluklu iskelelerin aksonların yönlendirilmesini sağladıkları ayrıca modifikasyonda kullanılan altın nanopartiküllerin biyo-uyumlu oldukları, hücre tutunmasını, farklılaşmasını ve morfolojisini olumlu etkiledikleri gözlemlenmiştir.

Abstract:
One of the main factors that keep people healthy is their ability to repair tissue damage. Tissue engineering aims to develop biocompatible, functional materials to restore functions at the tissue and organ level. Serious injuries of the nervous system cause permanent disability and decrease in quality of life. The regeneration capacity of neurons is particularly limited in the central nervous system. As a result, the treatment approach in central nervous system injuries such as spinal cord injury needs to develop with tissue engineering applications. The aim of this dissertation is to develop conductive, biocompatible scaffolds modified with gold nanoparticles and polypyrrole with micro/nano channels and to investigate the behavior of PC12 cells and neural stem cells on these scaffolds. In this direction, silicon molds that will allow the production of scaffolds with 0.5, 1 and 5 µm groove widths were produced using the electron beam lithography technique. PCL/PLGA hybrid polymeric scaffolds were created utilizing the molds. Surface modifications of the scaffolds were provided by two biomaterials that would provide conductivity: gold nanoparticles and polypyrrole. PC12 cells and neural stem cells were cultured on these different scaffolds. The culture process was carried out in two different ways, under conventional static culture and bioreactor conditions. Electrical stimulation was applied to the cells for 7 days by the bioreactor system. Behaviors of neural cells were evaluated by toxicity testing, immunofluorescent staining, scanning electron microscopy, quantification of cell morphologies, and analysis of gene expression. In conclusion, it has been observed that the produced PCL/PLGA channeled scaffolds provide orientation of the axons, and the gold nanoparticles used in the modification are biocompatible and positively affect cell adhesion, differentiation and morphology.