Cerrahide vasküler doku rejenerasyonu için biyoreaktör kullanılarak 3 boyutlu ven greftinin elde edilmesi ve biyomekaniğinin araştırılması
Generation of a 3D vein graft for surgical vascular tissue regeneration using bioreactor and its biomechanical investigation
Yazar: BELMA NALBANT
Danışman: PROF. DR. TARKAN ÜNEK ; PROF. DR. ZEYNEP YÜCE
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Tıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genel Cerrahi = General Surgery

Özet:
Vasküler doku mühendisliği ve rejenerasyonu,venöz hastalıkların tedavisinde yüksek potansiyellere sahip disiplinlerarası bir alandır.Organ nakil ameliyatları,vasküler hastalıkların ameliyatları ve tümör rezeksiyonları sırasında ven grefti ihtiyacı giderek artmaktadır.Günümüzde bu ihtiyaç;otolog,sentetik ve dondurulmuş ven greftleri ile giderilmektedir.Fakat bu greftlerin bazı dezavantajları mevcuttur.Otolog ven greftleri cerrahide operasyon zamanının uzatırken,ameliyat esnasında hastaya tekrar girişim yapılması da hasta da travmaya neden olmaktadır.Bunun yanı sıra bu greftler, istenilen uzunluğu ve çapı sağlayamamaktadır.Sentetik ven greftleri,özellikle tromboz ile sık karşılaşılması nedeniyle hastaya yeniden girişim gerektirmektedir.Dondurulmuş ven greftleri ise stenoz, tromboz ve anevrizmal dilatasyon gibi vasküler komplikasyonlarla ilişkilidir.Ülkemizde organ bağışının yetersiz olması nedeniyle donör kıtlığı yaşanmakta ve bu greftlerin özel saklanma koşulları maliyetinin yüksek olması da bir diğer dezavantajdır.Canlı dokudan oluşan kan damarları ideal ven greftlerini temsil eder. Trombojenik olmaması,enfeksiyona karşı direnç göstermesi gibi avantajlara sahiptir.Bu sınırlılıkların üstesinden gelmek için araştırmamızın amacı;statik koşullu biyoreaktör kullanılarak
üç boyutlu damar dokusunu oluşturmaktır.Bu amaçla,klinisyenin ve hastanın karşılaşmış olduğu damar doku sorunlarının üstesinden gelebilmek ve sıklıkla karşılaşılan ven greft ihtiyacını gidermek amacıyla temel bilimler ile tıp bilimlerinin iş birliğiyle damar dokusu elde edilecektir.Üç boyutlu damar dokusu işlevselliği biyolojik testler ve karakterizasyon ile tanımlanmış bir rejeneratif tıp ürünü olacaktır.Proje temel olarak üç multidisipliner çalışma şeklinde planlanmıştır.İlk olarak damar modeli için statik koşullu biyoreaktör oluşturulacaktır. Biyoreaktör statik olgunlaşma sırasında hücre için en iyi ortamı sağlamak amacıyla özel olarak tasarlanacaktır. Biyoreaktörün nem, sıcaklık, basınç ve dönüş adımları oluşturulacak olan özel yazılım ile dışarıdan kontrol edilecektir. İkinci adım,hücre kültürü laboratuvarında steril koşullar altında,statik biyoreaktör kullanılarak hücrelerin kültürlenmesi sağlanacaktır. Damarın dış katmanındaki esnekliği sağlamak ve hücrelerin birbirleriyle iletişimi için hücre-kollajen optimasyonu gerçekleştirilecektir.Üçüncü adım ise karakterizasyon çalışması
olacaktır.Elde edilecek damar greftleri mekanik karakterizasyonlar için testlere tabi tutulacaktır. Bunun yanında ticari olarak geliştirilen ve kadavradan temin edilecek olan damar dokuları ile testlere dahil edilip damar modelinin mekanik gereksinimleri belirlenecektir.Bu karakterizasyon sonunda damar dokusunun optimal fizyolojik koşullarının validasyonu sağlanmış olacaktır.Mekanik mukavemeti sağlanan damar dokularının endotelizasyonu gerçekleştirilecektir. Olgunlaşma süresinden sonra damar dokularını oluşturan hücreler arası etkileşimi akredite histoloji laboratuvarında histolojik boyama ile görüntüleme ve taramalı elektron mikroskop (SEM) görüntülemeleri ile ispatlanacaktır.Ayrıca organ banyosu ve pompa sistemi ile damar dokularının perfüzyon altındaki fizyolojisi ve eritrositlerin endotele etkisi analiz edilecektir.Bu çalışma doğrultusunda hedefimiz;üçn boyutlu damar dokusunu oluşturarak birçok dezavantajlara sahip olan otolog ve sentetik ven greftlerinin yerine geçerek güçlü bir alternatif ortaya konulmasıdır.İleriki çalışmalarda,ven greftlerinin deney hayvanları üzerinde denenmesinin ardından hastadan alınan doku ile hücre kültürü koşullarında kişiye özel tedaviyi gerçekleştirmektir.Ülke ekonomisine ve üniversitemize katkıda bulunması hedeflenmektedir.Bu projenin çıktıları ile ulusal ve uluslararası literatüre birçok katkı sunulması, gelecekteki doku mühendisliği çalışmalarına ışık tutulması öngörülmektedir.Ayrıca üretilecek olan statik koşullu biyoreaktörün ve üretilen damar dokusunun uluslararası patentinin alınması için gerekli girişimler gerçekleştirilecektir.

Abstract:
Project Summary:
Vascular tissue engineering and regeneration is an interdisciplinary field with high potential in the treatment of venous diseases. The need for a vein graft is gradually increasing during organ transplant surgeries, vascular disease surgeries, and tumor resections. Today, autologous, synthetic and frozen vein grafts are used. But these grafts have some disadvantages. While autologous vein grafts prolong the operation time in surgery, re- attempt to the patient during surgery also causes trauma. In addition, these grafts cannot provide the desired length and diameter. Synthetic vein grafts require re-attempt to the patient, especially because of frequent thrombosis. Frozen vein grafts are associated with vascular complications such as stenosis, thrombosis and aneurysmal dilatation. Donor shortage is experienced in our country due to insufficient organ donation and the high cost of special hiding conditions of these grafts is another disadvantage. Blood vessels consisting of living tissue represent ideal vein grafts. It has advantages such as not being thrombogenic, resisting infection. The purpose of our research to overcome these limitations is to create three-dimensional vascular tissue using a static conditional bioreactor. For this purpose, vascular tissue will be obtained in cooperation with basic sciences and medical sciences in order to overcome the vascular tissue problems faced by the clinician and the patient and to meet the frequent need for vein grafts. Three-dimensional vascular tissue will be a regenerative medicine product whose functionality is defined by biological tests and characterization.
The project is basically planned as three multidisciplinary studies. First, a static-conditioned bioreactor will be created for the vessel model. The bioreactor will be specially designed to provide the best environment for the cell during static maturation. The humidity, temperature, pressure and return steps of the bioreactor will be controlled externally with a special software to be created.The second step will be to cultivate cells using sterile bioreactor under sterile conditions in cell culture laboratory. Cell- collagen optimization will be performed to provide flexibility in the outer layer of the vessel and to communicate with each other. The third step will be characterization study. The vein grafts to be obtained will be subjected to mechanical characterization tests in the laboratory of electrical and electronics engineering department. In addition, the mechanical requirements of the vessel model will be determined by including the vessel tissues developed commercially and supplied from the cadaver. At the end of this characterization, optimal physiological conditions of vascular tissue will be validated.
Endothelialization of vascular tissues providing mechanical strength will be performed. After the maturation period, the interaction between cells forming the vascular tissues will be demonstrated by histological staining and scanning electron microscope (SEM) imaging in the accredited histology laboratory. In addition, the physiology of the vascular tissues under perfusion and the effect of erythrocytes on the endothelium will be analyzed with the organ bath and pump system. Our goal in this study is to create a strong alternative by replacing autologous and synthetic vein grafts, which have many disadvantages by creating three-dimensional vascular tissue. In further studies, after testing the vascular grafts on the experimental animals, it is to carry out personalized treatment under the conditions of cell culture with tissue taken from the patient. It is aimed to contribute to the national economy and our university. With the outcomes of this project, it is foreseen to provide many contributions to the national and international literature and to shed light on future tissue engineering studies. In addition, necessary attempts will be made to obtain the international patent of the static conditioned bioreactor to be produced and the vascular tissue produced.