Biyoesinlenmiş hücre tabaka yapılarının sentezi ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of bioinspired cell sheets
Yazar: TUNCA KARASU
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET EMİN ÇORMAN
Sinop Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Yapılan çalışmada, doku mikroçevrelerinin biyokimyasal, mekanik ve topografik özelliklerini uygun şekilde taklit eden hücre tabakalarının oluşturulması için uyarı-cevap temelli biyomalzemeler geliştirilmiştir. PHEMA-MAGA-NIPAAm-Fe3O4 fotobaşlatıcı kullanılarak serbest radikal polimerizasyon yöntemiyle sentezlenmiştir. Daha sonra bu malzemeler biyotanıma elemanı olan kolajen ve hyaluronik asit ile immobilize edilmiştir. Geliştirilen hücre tabakaları, Fourier dönüşümlü infrared spektroskopi, taramalı elektron mikroskobu, mekanik test ve elektron spin rezonans spektroskopisi yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Karakterizasyon işlemleri, her modifikasyon aşamasında tekrarlanmış, hedeflenen polimerik yapıların ve modifikasyon işlemlerinin başarıyla gerçekleştirildiği ortaya konulmuştur. Ter-polimer gruplarına ait veriler MTT değeri incelendiğinde; hücre canlılığı değerlerinin ko-polimerlere göre yaklaşık %50 daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte ter-polimer grubu için kolajen immobilizasyonu her üç grup için de hücre canlılığını olumlu yönde etkilemiştir. Bu durum, kolajen immobilizasyonunun hücre canlılığında pozitif etki gösterdiğini ortaya koymuştur. Hücre canlılığına sıcaklığın etkisi ve hücre çoğalma davranışının sıcaklık ile kontrolü amacıyla kolajen içeren membranlar üzerinde gerçekleştirilen deney grubuna ait veriler incelendiğinde artan sıcaklığın (25 oC'dan 37 oC'a) hücre canlılık değerinde bir artışa sebep olduğu belirlenmiştir. Manyetik alan varlığında; polimerik yapıya katkılanmış Fe3O4'lerin iç manyetik alan oluşturması ve hücrelerin yüzeye daha fazla yönlenmesiyle manyetik alanda hücre canllığı artmıştır. Diğer taraftan pH incelendiğinde ise pH değeri 7,4'den pH 6,0'ya geçildiğinde hücre canlığında azalma gözlenmiştir. Bu durum, kolajenin yapısındaki karboksilik asit gruplarının protonlanması ile ilişkilendirilmiştir. Son olarak, geliştirilen polimerik membranlardan L929 hücrelerin tabaka şeklinde kaldırılmasının mümkün olduğu gösterilmiştir. Bu sistem ile geliştirilen polimerlerin dış çevrede meydana gelen değişimlere şekil değiştirerek L929 hücrelerin ayrılmasında ve kaldırılmasında etkin bir şekilde kullanılacağı belirtilmelidir.

Abstract:
In this study, multi-responsive polymers were developed for cell-sheet engineering while mimicking the topographical, biochemical and mechanical properties of the natural tissue microenvironmens. PHEMA-MAGA-NIPAAm-Fe3O4 were synthesized by using photoinitiated free radical polymerization. After that, the biorecognition elements as collagen and hyaluronic acid were immobilized on these materials. Synthesized cell sheets were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, mechanical test, and electron spin resonance spectroscopy. The modifications applied were confirmed by applying characterization studies after each step. Fibroblast L929 was used to examine a quantitative cell viability using MTT assay. The growth rate on the terpolymers was significantly increased, almostly 50% as compared to copolymers as well as the viability percentage in case of collagen modified terpolymer was improved. The results revealed that collagen immobilization has a positive effect on the cell viability process. We also considered whether the environmental stimuli have any significant effects on cell growth processes. Fibroblast cells cultured on thermo-responsive polymers containing collagen displayed higher cell viability at 37oC while the collagen immobilized magneto-responsive polymers also enhanced the cell viability under magnetic field. On the other hand, the change in pH, from 7.4 to 6.0, decreased the cell viabilty due to protonation of carboxylic acid residues in the case of collagen immobilized pH-responsive polymers. In the final step, we demonstrated a reversible detachment of the cells is possible. It is worth noting that this system enabled attachment-detachment of L929 cells upon small alteration of external stimuli or changes within their environment.