Nazal kaynaklı sinir kök hücrelerinin sinir doku mühendisliğinde kullanılmak üzere grafen- poli (ε-kaprolakton) temelli 3 boyutlu hücre kültür modelinin geliştirilmesi
Development of graphene-poly (ε-caprolactone) based 3-dimensional culture models of nasal derived nerve stem cells in the use of nerve tissue engineering
Yazar: GİZEM COŞAR
Danışman: PROF. DR. ADIL ALLAHVERDIYEV
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Dünyada yaşlanan nüfusla birlikte nörodejeneratif hastalıklar artmaya ve büyük bir toplumsal sorun haline gelmeye başlamıştır. Nöronların veya nöronal proseslerin kaybından kaynaklanan Alzheimer, Huntington, Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıkların tedavisine yönelik terapötik ve moleküler yaklaşımlar bulunmasına rağmen henüz etkin bir tedavi yöntemi geliştirilememiştir. Ancak son yıllarda kök hücre alanındaki gelişmeler nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde kök hücre temelli terapötik yaklaşımların önemini arttırmaktadır. Kök hücrelerle nörodejeneratif hasarların onarımına yönelik yapılan çalışmalar günümüzde klinik deneme aşamalarına ulaşmış olsa bile hala etkin bir tedavi yöntemi geliştirilememiştir. Kök hücre naklinden sonra hücrelerin kontrolsüz bir şekilde çoğalması, istenmeyen hücre tiplerine farklılaşabilmesi, vücut ile uyum sağlayamaması, hücrelerin dokulara tutunma zorluğu yaşaması ve buna bağlı olarak canlılık oranlarının düşmesi kök hücre uygulamalarında karşılaşılan ciddi sorunlardır. Son yıllarda kök hücre ve nanoteknoloji alanındaki gelişmelerle birlikte nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde sinir doku mühendisliği çalışmalarına daha çok önem verilmektedir. Günümüzde, sinir doku mühendisliğine yönelik yapılan çalışmalarda, grafen ve grafen oksitin üstün elektriksel özellikleri ile doku iskelerinin yapısında kullanımı sinir doku mühendisliği çalışmalarında giderek önem kazanmaktadır. Şimdiye kadar yapılan çalışmalarda, FDA onaylı PCL'nin doku mühendisliği çalışmalarında uygun olduğu, grafen ve grafen oksitin üstün elektriksel özellikleri ile nöronal süreçlere etki ederek nöronal sinyal iletimini ve rejenerasyonunu desteklediği gösterilmiştir. Günümüze kadar farklı kaynaklardan elde edilen kök hücreler ile PCL ve/veya grafen ve grafen oksit katkılı PCL doku iskelelerini içeren doku mühendisliği uygulamaları gerçekleştirilmiş olsa da, literatürde nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde olfaktör kök hücrelerinin PCL, grafen ve grafen oksit katkılı PCL doku iskeleleriyle bir arada kullanıldığı herhangi bir 3 boyutlu çalışma bulunmamaktadır.  Bu bilgiler ışığında, bu tez çalışmasının amacı, sinir doku mühendisliğinde kullanılmak üzere ilk kez olarak olfaktör kök hücrelerinin PCL, grafen ve grafen oksit katkılı PCL iskeleleriyle 3 boyutlu kültür modelinin oluşturulması ve farklı sinir hücrelerine dönüşmesinin kıyaslı olarak incelenmesi olmuştur.
Bu tez çalışması,  Yıldız Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü' nün 2016-07-04-KAP01 numaralı projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Çalışmalarda amaca uygun olarak ratlardan olfaktör kök hücreleri eksplant yöntemi ile izole edilmiştir. Grafen/grafen oksit katkılı 3 boyutlu doku iskelelerinin üretimi elektroeğirme yöntemi ile İnovenso Ltd. Co. firmasında gerçekleştirilmiştir ve SEM (Taramalı Elektron Mikroskop) görüntüleri ile optimizasyonu yapılmıştır. Elde edilen doku iskeleleri üzerinde olfaktör kök hücrelerinin 3 boyutlu hücre kültür modelinin oluşturulması, 28 gün boyunca MTT (3-(4,5-dimetiltriazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolium bromid) ve canlı/ölü boyaması ile canlılık analizleri yapılmıştır. 3 boyutlu hücre kültür modellerinde kök hücrelerin sinir hücrelerine farklılaşması; Tubulin III, GFAP (glial fibril asit protein), O4 boyama, RNA izolasyonu, cDNA eldesi ve eş zamanlı PZR (Polimeraz Zinir Reaksiyonu) ile 15 gün boyunca takip edilmiştir.
Yapılan tüm bu çalışmalar sonucunda; ratlardan izole edilen olfaktör kök hücrelerin CD34-45(-), CD90(+), CD105(+) yüzey markerları ve adipojenik, kondrojenik farklılaşma ile kök hücre olduğu tanımlanmıştır ve sürekli kültürü ile kriyobankı oluşturulmuştur. Elektroeğirme ile üretilen doku iskelelerinde olfaktör kök hücrelerinin 3 boyutlu hücre kültür modellerinde daha fazla çoğaldığı ve canlılıklarını daha uzun süre koruduğu tespit edilmiştir. 3 boyutlu kültür modellerinde olfaktör kök hücrelerin nöronlara farklılaşmasında en yüksek etkinliği grafen ve grafen oksit içeren doku iskelelerinin olduğu tespit edilmiştir. Eş zamanlı PZR çalışması sonucunda, grafen ve grafen oksit katkılı PCL doku iskelelerinin olfaktör kök hücrelerinin nöronal hücrelere farklılaşmasında etkili olduğu gösterilmiştir. 
Böylece, ilk kez olarak olfaktör kök hücrelerinin PCL, grafen ve grafen oksit katkılı PCL iskeleleriyle 3 boyutlu kültür modelinin oluşturulması ve farklı sinir hücrelerine farklılaşması kıyaslı olarak incelenmesi sonucunda, grafen ve grafen oksit katkılı PCL doku iskelelerinin sinir doku mühendisliği çalışmalarında kullanılmak üzere yüksek bir potansiyele sahip olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Neurodegenerative diseases increase with aging populations in the world and have started to become a major social problem. Along with the aging population in the world, neurodegenerative diseases have begun to increase and become a major social problem. Despite the availability of therapeutic and molecular approaches to the treatment of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, Huntington's, Parkinson's, resulting from the loss of neurons or neuronal processes, no effective treatment has yet been developed. However, recent advances in stem cell technology are increasing the importance of stem cell-based therapeutic approaches in the neurodegenerative diseases. Although studies on the repair of neurodegenerative damages with stem cells have reached clinical trial stages today, any effective treatment method has still not been developed. Uncontrolled growth of cells after stem cell transplantation, differentiation into undesirable cell types, incompatibility with the body, difficulty to hold onto tissues and consequently decrease in viability rates are serious problems encountered in stem cell applications. In recent years, nerve tissue engineering studies gain more attention in the treatment of neurodegenerative diseases, along with advances in stem cell and nanotechnology. Nowadays, studies on nerve tissue engineering, using the superior electrical properties of graphene and graphene oxide in the structure of tissue scaffolds are becoming increasingly important in nerve tissue engineering studies. In studies up to now, FDA-approved PCL is appropriate for tissue engineering studies, graphene and graphene oxide has superior electrical properties and improve neuronal signaling and regeneration by acting on neuronal processes. However, although tissue engineering applications involving PCL, graphene and graphene oxide reinforced PCL tissue scaffolds have been carried out with stem cells derived from different sources. There is no 3D study of olfactory stem cells with PCL, graphene and graphene oxide reinforced PCL tissue scaffolds in neurodegenerative diseases. In this light, the aim of this thesis, for the first time, modelling of 3 dimensional culture of olfactory stem cells  and compare the differentiation of stem cells on PCL, graphene and graphene oxide reinforced PCL scaffolds to be used in nerve tissue engineering.
This thesis work was carried out within the scope of the project of Yildiz Technical University Scientific Research Projects Coordination Office numbered with 2016-07-04-KAP01. Accordance with the purpose of the study; isolation of olfactory stem cells from rats were performed. Grafen / graphene oxide doped 3-dimensional tissue scaffolds were produced with electrospinning at Inovenso Ltd. Co. and optimized with SEM (Scanning Electron Microscope) images. Viability analyzes were performed with MTT (3- (4,5-dimethyltriazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazolium bromide) and viable / dead staining for 28 days to construct a 3-dimensional cell culture model of olfactory stem cells on the obtained tissue scaffolds. Differentiation of stem cells into nerve cells in 3-D cell culture models; Tubulin III, GFAP (glial fibrillate protein), O4 staining, RNA isolation, cDNA fragment and real time PCR (Polymerase Chain Reaction) were followed for 15 days. 
As a result of all these studies; Isolated olfactory stem cells were identified as stem cell with CD34-45 (-), CD90 (+), CD105 (+) surface markers and adipogenic, chondrogenic differentiation. 3 dimensional cell culture viability analysis showed that stem cells more proliferative and survived longer on tissue scaffolds. In 3D culture models, olfactory stem cells showed more differentiation capacity into neurons on graphene and graphene oxide reinforced tissue scaffolds. Real-time PCR studies have shown that graphene and graphene oxide reinforced tissue scaffolds are effective in differentiating olfactory stem cells to neuronal cells. 
Thus, for the first time, the creation of a 3D culture model with PCL, graphene and graphene oxide reinforced PCL scaffolds and comparative examination of the olfactory stem cells to different nerve cells showed that graphene and graphene oxide reinforced tissue scaffolds have high potential for use in nerve tissue engineering studies.