Biyomalzeme ve kök hücrelerden 3 boyutlu doku iskelelerinin oluşturulmasında mikroakışkan ve biyotekstil teknikleri kullanılarak mikromimari ve hücresel aktivite kontrolünün sağlanması
Control of microarchitecture and cellular activity by using microfluidics and biotextile techniques for development of 3D tissue scaffolds from biomaterials and stem cells
Yazar: CEREN ÖZEL
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN AVCI
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Kök Hücre Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyolojik malzemeler = Biological materials ; Biyomalzemeler = Biomaterials ; Doku iskeleleri = Tissue scaffolds ; Ekstrasellüler matriks = Extracellular matrix ; Hücreler = Cells ; Kök hücreler = Stem cells ; Mikro akışkanlar = Microfluidics ; Tekstil = Textile

Özet:
Başlık: Biyomalzeme ve Kök Hücrelerden 3 Boyutlu Doku İskelelerinin Oluşturulmasında Mikroakışkan ve Biyotekstil Teknikleri Kullanılarak Mikromimari ve Hücresel Aktivite Kontrolünün Sağlanması.
Amaç: Mevcut tez konusu 3 boyutlu (3B) mikromimarinin kontrolüne yönelik iki ana başlık altında toplanmıştır. İlk olarak mikroakışkan tekniği ile mezenkimal kök hücre (MKH) ve karaciğer deselülerize ekstrasellüler matris (dECM) içeren 3B karaciğer organoidi ortaya konulmuştur. Bu sayede, sağlıklı karaciğer modeli elde edilerek ileride ilaç vb. moleküllerin geliştirilmesi ve yan etkisini etkin bir şekilde gösterebilen bir sistemin temeli oluşturulmuştur. İkinci olarak, biyotekstil temelli saten dokuma tekniği ile MKH ve gentamisin içerecek şekilde rejeneratif, antienflamatuvar, esnek, çok-işlevli bir hibrit yara örtüsü üretilmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Çip-üzerinde-karaciğer çalışmasında, sinüzoid mikroortamının in vitro mimik edilmesi için hepatosit ve damar hücreleriyle dECM ve MKH'ler ko-kültüre edilmiş ve fonksiyonellik analizleri yapılmıştır. Diğer taraftan, saten dokuma tekniği ile biyotekstil bazlı yara örtüsü eldesi için MKH- ve gentamisin-yüklü iki farklı kompozit lif (KL) seti ayrı ayrı sırasıyla çözgü ve atkı ipliği olarak kullanılmıştır.  Bu yapıda yara iyileşmesi ve antibakteriyel etkiler araştırılmıştır.
Bulgular: Çip-üzerinde-karaciğer platformu ile hedeflenen sinüzoid-benzeri yapının oluşturulması için ko-kültür sistemi ile MKH ve dECM kullanılarak 7 gün boyunca hepatositlerin hücresel fonksiyonları, canlılık, albumin salgılanması ve biyomekaniksel yönden statik koşullara göre daha iyi olduğu belirlenmiştir. Tezin ikinci kısmında ise saten yara örtüsündeki MKH'ler rejeneratif faktörleri salgılayarak yara iyileşme sürecini, immunomodülasyon, anjiyogenez genlerin ifadesiyle ve ECM sentezi yoluyla gerçekleştirdiği gösterilmiştir. Yara örtüsündeki yüklenen gentamisin ile mikrobiyal büyüme başarılı bir şekilde önlenirken MKH'lerin fonksiyonları korunmuştur.
Sonuç: Mikroakışkan ve biyotekstil teknikleriyle oluşturulan 3B doku iskeleleri daha fonksiyonel hale getirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: MKH, dECM, çip-üzerinde-karaciğer, saten dokuma yara örtüsü, kompozit hücre-yüklü lif.

Abstract:
Title: Control of microarchitecture and cellular activity by using microfluidics and biotextile techniques for development of 3D tissue scaffolds from biomaterials and stem cells.
Objective: The current thesis topic is comprised of two main parts to control 3 dimensional (3D) microarchitecture. First, 3D liver organoid containing mesenchymal stem cells (MSCs) and liver decellularized extracellular matrix (dECM) was successfully cultured by microfluidic technique. In this way, a healthy liver model closely to the human target physiology is obtained, and the the system can be used effectively to show any side effects in the development of new drug molecules in the future has been established. Secondly, it was aimed to produce a regenerative, antiinflammatory, flexible, multifunctional 3D hybrid wound dressing containing MSCs and gentamicin with the biotextile-based sateen weave technique.
Methods: In the liver-on-chip study, dECM and MSCs were co-cultured with hepatocytes and vascular cells to mimic the sinusoid microenvironment in vitro, and functionality analyzes were performed. On the other hand, two different sets of MSCs- and gentamicin-loaded composite fibers (CFs) were used separately as warp and weft yarn for biotextile-based wound dressing by sateen weaving technique. Wound healing and antibacterial effects were investigated in this structure.
Results: It was determined that the cellular functions by using MSCs and dECM as viability, albumin secretion and biomechanical aspects of hepatocytes were improved when compared to static conditions for 7 days for the recapitulation of the targeted sinusoid-like structure within the liver-on-chip platform. In the second part of the thesis, it has been shown that MSCs in the sateen dressing secrete regenerative factors and carry out the wound healing process through expression of angiogenic and immunomodulatory genes and ECM synthesis. Microbial growth was successfully inhibited by the loaded gentamicin within the dressing, while the functions of MSCs were preserved.
Conclusions: The 3D tissue scaffolds constructed with microfluidic and biotextile techniques have demonstrated more functionality.
Keywords: MSC, dECM, liver-on-a-chip, sateen woven wound dressing, cell-laden composite fiber.