Hasarlı omurilik onarımı için hücre destekli enjekte edilebilir ipek fibroin mikrotaşıyıcıların geliştirilmesi
Development of cell supported injectable silk fibroin microcarriers for repair of damaged spinal cord
Yazar: BEGÜM SARGON
Danışman: PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ)'nün verilerine göre omurilik yaralanmaları her yıl 250.000 ile 500.000 insanı etkilemektedir. Mevcut klinik uygulamalarda omurilik hasarlarını tamamen onarabilen bir tedavi yöntemi bulunmamaktadır. Hücre temelli rejenerasyon yaklaşımlarının önünde, hücrelerin hasarlı omuriliğe transplantasyonundan sonra düşük canlılık oranları ile karşılaşılması gibi engeller bulunmaktadır. Tez kapsamında, omurilik hasarlarının tedavisine yönelik enjekte edilebilir mikrotaşıyıcı-destekli hücre dağıtım sisteminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. 
Doğal bir protein olan ipek fibroin (SF) temelli biyobozunur yapıdaki mikrotaşıyıcılar, emülsiyon haline getirilmiş faz ayrımı yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Yüzde %1,5-6,5 ağırlık/hacim oranlarındaki 7 farklı ipek fibroin konsantrasyonuna sahip mikrotaşıyıcılar üretilmiştir. SF konsantrasyonu artıkça mikrotaşıyıcıların çapı 160,8±34,9 μm'den 385,5±112,9 μm'ye artmıştır. Mikrotaşıyıcıların topografik özelliklerinin ipek konsantrasyonu, donma sıcaklığı ve karıştırma hızı ile değiştirilebildiği gösterilmiştir. Mikrotaşıyıcı sistemlerinde partikül çapı enjekte edilebilirlik ile doğrudan ilişkilidir. Hücrelerin çoğalabileceği uygun yüzey topografisi de göz önünde bulundurulduğunda 7 grup arasından %2,5 SF konsantrasyonuna sahip mikrotaşıyıcı grubu (2,5 SF) ön plana çıkmıştır.
Üretilen   mikrotaşıyıcıların  stabilizasyonu  metanol ve etanol olmak üzere iki farklı alkol çözeltisinde test edilmiştir. Geliştirilen mikrotaşıyıcılar fiziksel ve kimyasal özellikleri temelinde ayrıntılı bir şekilde karakterize edilmiştir. Yedi  günlük  in-vitro  statik ve dinamik hücre kültürü çalışmaları kapsamında; L929 fibroblastları, MC3T3-E1 pre-osteoblastları ve S42-Schwann hücrelerinin SF mikrotaşıyıcıların pürüzlü yüzeylerinde iyi bir şekilde çoğaldığı gösterilmiştir. Mikrotaşıyıcılar, Schwann hücrelerine mekanik destek sağlayarak hücrelerin enjekte edildikten sonra da canlılıklarının artarak devam etmesini sağlamıştır. Bu araştırma, üç boyutlu SF mikrotaşıyıcı yüzeylerinde çoğalan Schwann hücrelerinin çoğalmasını inceleyen ilk çalışmadır. Hücre yüklü enjekte edilebilir ve biyobozunur yapıdaki küresel SF mikrotaşıyıcılar ile invaziv olmayan bir tedavi seçeneği sunmak, çalışmadaki fikrin özgünlüğünü desteklemektedir.

Abstract:
According to the data of the World Health Organization (WHO), spinal cord injuries affect between 250,000 and 500,000 people every year. In current clinical practice, there is no treatment method that can completely repair spinal cord injuries. There are barriers to cell-based regeneration approaches, such as low viability rates after transplantation of cells into the damaged spinal cord. The aim of this study is to develop an injectable microcarrier-assisted cell delivery system for the therapy of spinal cord injuries. Biodegradable microcarriers based on silk fibroin (SF), a natural protein, were prepared using the emulsified phase separation method. 
Microcarriers with 7 different silk fibroin concentrations at 1.5-6.5% weight/volume ratios were produced. As the silk fibroin concentration increased, the diameter of the microcarriers increased from 160.8±34.9 μm to 385.5±112.9 μm. It has been shown that the topographic properties of microcarriers can be changed by silk concentration, freezing temperature, and mixing speed. Particle diameter is directly related to injectability in microcarrier systems. Considering the suitable surface topography on which cells can proliferate, the microcarrier group (2.5 SF) with 2.5% silk fibroin concentration came to the fore among the 7 groups.
The stabilization of the produced microcarriers was tested in two different alcohol solutions, methanol and ethanol. The developed microcarriers were characterized on the basis of their physical and chemical properties. At the end of study, in-vitro static and dynamic cell culture studies in 7 days were performed. Microcarriers provided mechanical support to L929 fibroblasts, MC3T3-E1                pre-osteoblasts and Schwann cells, ensuring that the viability of the cells increased even after they were injected. This research describes the first report of three dimensional microcarrier surfaces to examine Schwann cell proliferation. Cell-loaded injectability and biodegradability of spherical SF microcarriers provide a non-invasive treatment option. Thus supports the originality of the idea in the study.