Hücre kültürüne dayalı diyabet hastalık modelinin geliştirilmesi ve bitkisel ajanların etkinliğinin incelenmesi
Development of a cell culture based diabetes model and investigation of the efficacy of herbal extracts
Yazar: HİLAL ÇALIK
Danışman: DOÇ. DR. RABİA ÇAKIR KOÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Diabetes mellitus = Diabetes mellitus ; Hücre kültürü = Cell culture ; Metabolik hastalıklar = Metabolic diseases ; Tıbbi bitkiler = Plants-medicinal ; İn vitro = In vitro

Özet:
21. yüzyılın en büyük küresel sağlık sorunlarından biri olan Tip 2 diyabet, esas olarak insülin direnci ve pankreas β hücresi disfonksiyonu ile karakterize olan metabolik bir hastalıktır. Uluslararası Diyabet Federasyonu (IDF) verilerine göre, dünya genelinde diyabet hastalarının sayısının yaklaşık 537 milyon olduğu tahmin edilmekte ve son 10 yılda hastalığın oranının istikrarlı bir şekilde arttığı görülmektedir. Bunun yanında, obezite ve oksidatif stres Tip 2 diyabetin patogenezinde etkin rol oynayan oldukça önemli bir risk faktörleridir. Bu nedenle, Tip 2 diyabete karşı antidiyabetik ve antioksidan etkiye sahip, adipogenezi, lipid birikimini ve dolayısıyla obeziteyi önlerken mevcut ilaçların yan etkilerine sahip olmayan, yeni alternatif tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar büyük önem kazanmaktadır. Bu tez çalışmasında, ilaç geliştirme çalışmalarında hızlı sonuç verebilecek, düşük maliyetli ve deney hayvanı gereksinimini azaltacak hücre temelli diyabet hastalık modeli üzerinde, literatürde hipoglisemik etkileri çalışmalarla gösterilmiş fakat obezite ve insülin direncine karşı etkileri bilinmeyen kırkkilit otu (Equisetum arvense), hayıt meyvesi (Vitex agnus-castus), kırmızı pancar kökü (Beta vulgaris) ve alıç meyvesi (Crataegus monogyna) bitkilerinden elde edilen bitkisel ekstrakların antidiyabetik, antiadipogenik, antilipidemik ve antioksidan etkinliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, öncelikle bitkisel ekstraktların uygun çalışma konsantrasyonlarının belirlenebilmesi için NIH/3T3 ve 3T3-L1 fare fibroblast hücreleri üzerinde XTT hücre canlılığı testi uygulanmış ve sitotoksik etki gösteren konsantrasyonları ileriki çalışmalara dahil edilmemiştir. Ardından, antidiyabetik ve antilipidemik aktivitelerin incelenmesi amacıyla 3T3-L1 preadiposit hücreleri insülin, 3-Izobutil-1-metilksantin (IBMX) ve deksametazon maddelerini içeren farklılaştırma besiyeri içerisinde 8 gün boyunca inkübe edilmiş ve 9. gün etken maddelerin toksik olmayan konsantrasyonlarıyla 24 saat inkübe edilmiştir. İnkübasyonun ardından hücrelerin lipid biriktirme kapasiteleri morfolojik ve kantitatif olarak analiz edilmiştir. Glikoz alım testi için hücre farklılaştırılmasının 8. gününde hücreler 24 saat bitkisel ekstraktlarla inkübe edilmiş ve ardından floresan glikoz analoğu kullanılarak hücre içi glikoz miktarı kantitatif olarak analiz edilmiştir. Aynı zamanda, bitkisel ekstraktların antioksidan aktiviteleri CUPRAC yöntemi ile incelenmiştir. In vitro diyabet modeli kullanılarak yapılan lipid birikimi testi incelendiğinde kullanılan tüm bitkisel ekstraktların hücre içi lipid birikimini ortalama %40-50 civarı önlediği görülmüştür. Glikoz alım testinde ise C. monogyna ve B. vulgaris ekstraktlarının sadece son konsantrasyonlarında %15-25 artış görülürken V. agnus-castus ve E. arvense ekstraktlarının ekstraktlarının insülin hassasiyetini de artırarak glikoz alımı %25-42 oranında artırmıştır. Sonuç olarak, V. agnus-castus ve E. arvense ekstraktlarının incelenen diğer ekstraktlara göre en etkin antidiyabetik ve antilipidemik aktiviteye sahip bitkisel ekstraktlar olduğu belirlenmiş ve diyabet ve obeziteye karşı alternatif terapötikler olarak umut vadettikleri düşünülmüştür.

Abstract:
Type 2 diabetes, one of the biggest global health problems of the 21st century, is a metabolic disease mainly characterized by insulin resistance and pancreatic β cell dysfunction. According to International Diabetes Federation (IDF), the number of diabetes patients worldwide is estimated to be approximately 537 million, and the prevalence of the disease increasing rapidly over the last ten years. Obesity and oxidative stress are significant risk factors for Type 2 diabetes and plays an important role in the disease's pathogenesis. Therefore, studies on the development of new alternative therapeutic approaches that have antidiabetic and antioxidant effects and prevent adipogenesis, lipid accumulation, and thus obesity, and do not have the side effects of currently available drugs are becoming increasingly important. The thesis investigates antidiabetic, antiadipogenic, antilipidemic, and antioxidant effects of medicinal extracts obtained from horsetail (Equisetum arvense), chaste berry (Vitex agnus-castus), red beetroot (Beta vulgaris) and hawthorn berry (Crataegus monogyna) plants, whose hypoglycemic effects have been shown in studies in the literature, but whose effects against obesity and insulin resistance are unknown, using a cell-based diabetes model, which can provide rapid results in drug development studies and reduce the need for experimental animals. For this purpose, XTT cell viability assay was performed on NIH/3T3 and 3T3-L1 mouse fibroblast cells in order to determine the appropriate concentrations of herbal extracts, and cytotoxic concentrations being eliminated and precluded from further experiments. Then, 3T3-L1 preadipocyte cells were incubated in a differentiation medium containing insulin, 3-Isobutyl-1-methylxanthine (IBMX), and dexamethasone for 8 days to examine their antidiabetic and antilipidemic activities, and on the 9th day, they were incubated with non-toxic concentrations of extracts for 24 hours. The lipid accumulation capacities of cells were evaluated visually and quantitatively after incubation. For the glucose uptake test, on the 8th day of cell differentiation, cells were treated with extracts for 24 hours and then the amount of intracellular glucose was quantified using a fluorescent glucose analog. Also, the antioxidant activities of extracts were investigated by the CUPRAC method. As a result of the lipid accumulation test conducted using an in vitro diabetes model, it was observed that all the herbal extracts inhibited intracellular lipid accumulation by 40-50% on average. In the glucose uptake test, only the final concentrations of C. monogyna and B. vulgaris extracts increased glucose uptake by 15-25% whereas V. agnus-castus and E. arvense extracts elevated by 25-42% while improving insulin sensitivity. As a result, V. agnus-castus and E. arvense extracts were determined to be the herbal extracts with the most effective antidiabetic and antilipidemic activities compared to other extracts examined, and they were thought to be promising as alternative therapeutics against diabetes and obesity.