Ekstraselüler matriksin hücre yaşlanması üzerindeki etkisinin hücre kültürü temelli modelle değerlendirilmesi
Evaluation of the effects of extracellular matrix on cellular aging using a cell culture-based model
Yazar: DİLARA YAŞAROĞLU
Danışman: PROF. DR. MÜJGAN CENGİZ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Ekstrasellüler matriks = Extracellular matrix ; Hücre kültürü = Cell culture ; Hücre yaşlanması = Cellular senescence ; Üç boyutlu biyoyazıcılar = Three-dimensional bioprinter

Özet:
İnsan diploid fibroblastları, büyümenin durması, morfolojideki değişiklikler ve değişmiş gen ifadesi ile karakterize edilen replikatif senesens durumuna girmeden önce sonlu sayıda hücre bölünmesini tamamlama kapasitesine sahip olup, bu süreçte ekstraselüler matris (ECM) ile etkileşim, hücrelerin yaşlanma ve senesens sürecine girmelerinde önemli bir rol oynamaktadır. Hücre yaşlanmasının altında yatan biyolojik süreçlerin anlaşılması, doku mühendisliği ve yaşlanmaya karşı geliştirilen tedavi yöntemleri için kritik bir öneme sahiptir. Ancak, yaşlanma sürecinde çevresel faktörlerin etkisi ve özellikle hücresel mikroçevrenin bu süreçteki rolü henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Bu bağlamda, yaşlı hücreleri görünüşte genç bir duruma geri döndürmek için genç dermal dokudan gelen ekstraselüler matris (ECM) ile etkileşimin senesens sürecini tersine çevirdiği öne sürülmüş ve ayrıca, yaşlı ECM'nin genç hücreler üzerindeki etkisi de ek olarak incelenmiştir. Bu çalışmada, üç boyutlu biyoyazıcı teknolojisi kullanılarak üretilmiş hücresizleştirilmiş ECM (dECM) modeli yardımıyla fibroblast hücrelerinin yaşlanma süreci incelenmiştir. Çalışmamızda, fibroblast hücrelerinin yaşlanma sürecini daha doğal bir hücresel mikroçevrede gözlemlemek amacıyla üç boyutlu kültür modeli kullanılmıştır. Bu model, hücrelerin in vivo benzeri bir ortamda yaşlanma mekanizmalarını daha gerçekçi bir şekilde incelemeye olanak tanımıştır. Genç ve yaşlı sıçan derisinden elde edilen dECM, yaşlı ve genç hücrelerle birlikte kullanılarak ECM'nin biyokimyasal özelliklerinin yaşlanma üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu kapsamda, dECM'nin kimyasal yapısı Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FTIR) ve DNA miktarı ölçümü ile doğrulanmış, yaşlanmaya etki eden SIRT1, p53, GLB1, COL1A1, NF-κB ve MMP1 gibi genlerin ekspresyon seviyeleri, 0, 3, 7 ve 10. günlerdeki örneklerden alınan verilerle gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PZR) kullanılarak analiz edilmiştir. Çalışmanın sonuçları, dECM'nin yaşlı hücrelerin bazı genç fenotip özelliklerini geri kazanabilme kapasitesine sahip olduğunu ve ECM'nin genç özelliklerinin yaşlanmış hücrelere aktarılabileceğini göstermiştir. Bu bulgular, ECM'nin yaşlanmayı yavaşlatma veya kısmen tersine çevirme potansiyeli üzerine yeni bir bakış açısı sunarak, hücre-mikroçevre etkileşimlerinin yaşlanma sürecine etkisini ortaya koymaktadır. Çalışmamız, ECM'nin hücre yaşlanması üzerindeki etkilerini açıklayarak, doku mühendisliği ve rejeneratif tıp alanında yaşlanma karşıtı stratejilere katkı sağlayacak veriler sunmaktadır.

Abstract:
Human diploid fibroblasts have the capacity to complete a finite number of cell divisions before entering a replicative senescence state, characterized by growth arrest, morphological changes, and altered gene expression. During this process, the interaction with the extracellular matrix (ECM) plays a significant role in the onset of cellular aging and senescence. Understanding the biological processes underlying cellular aging is of critical importance for tissue engineering and therapeutic strategies aimed at combating aging. However, the impact of environmental factors and, particularly, the role of the cellular microenvironment in this process has yet to be fully elucidated. In this context, it has been suggested that the interaction with the ECM derived from young dermal tissue can reverse the senescence process and restore aged cells to a seemingly youthful state. Additionally, the effect of aged ECM on young cells has also been examined. In this study, the aging process of fibroblast cells was investigated using a decellularized ECM (dECM) model produced by three-dimensional bioprinting technology. To observe the aging process of fibroblasts in a more natural cellular microenvironment, a three-dimensional culture model was employed. This model enabled a more realistic investigation of aging mechanisms in an in vivo-like environment. dECM derived from both young and aged rat skin was used in conjunction with aged and young cells to investigate the impact of ECM's biochemical properties on aging. In this context, the chemical composition of dECM was verified by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and DNA quantification. The expression levels of genes involved in aging, such as SIRT1, p53, GLB1, COL1A1, NF-κB, and MMP1, were analyzed using real-time polymerase chain reaction (qPCR) on samples taken on days 0, 3, 7, and 10. The results demonstrated that dECM has the capacity to restore some youthful phenotypic features in aged cells and that the youthful properties of ECM can be transferred to aged cells. These findings provide a new perspective on the potential of ECM to slow down or partially reverse aging and highlight the impact of cell-microenvironment interactions on the aging process. Our study, by elucidating the effects of ECM on cellular aging, offers data that can contribute to anti-aging strategies in tissue engineering and regenerative medicine.