Kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücre tabakası ile birlikte 3-boyutlu adacık dokusunun subkutan naklinin diyabetik sıçan modelinde etkinliğinin araştırılması
Studying the efficiency of subcutaneous transplantation of bone marrow-derived  mesenchymal stem cell sheet with 3-D islet tissue in diabetic rat model
Yazar: BÜŞRA ÖNCEL DUMAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AYLA EKER SARIBOYACI
Kocaeli Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kök Hücre Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Diabetes mellitus = Diabetes mellitus ; Diabetes mellitus-tip 1 = Diabetes mellitus-type 1 ; Hücreler = Cells ; Kemik iliği = Bone marrow ; Kök hücreler = Stem cells ; Poli(n-izopropilakrilamid) = Poly(n-isopropylacrylamide) ; Sıçanlar = Rats ; İpratropyum bromür = Ipratropium bromide

Özet:
Vücudumuzdaki hasarlı ya da kayıp doku ve organların onarımını hedefleyen doku mühendisliği, heyecan verici yaklaşımlarıyla yakın bir gelecekte insanoğlunun yaşam kalitesinin artırılmasına damgasını vuracağa benzemektedir. İnsanlardaki pek çok hastalık için bir tedavi stratejisi olarak ortaya çıkan hücre esaslı tedavinin amacı, hasar gören bir dokunun veya organın biyolojik işlevini yerine koymak, tamir etmek veya arttırmaktır. Bir hedef organa, o organın işlevlerini eski haline getirmeye yetecek kadar sayıda ve kalitede izole edilmiş ve özellikleri belirlenmiş olan hücrelerin nakledilmesiyle, bu amaca ulaşılabilir.
Doku oluşumunda en son yaklaşım, hücreleri tek tek kullanmak yerine, in vivo ortamdakini taklit etmek amacıyla, hücreleri tabakalar halinde kullanarak dokuyu oluşturmaktır. Biyolojik ortamda parçalanıp yok olan biyo-bozunur polimerler, birinci nesil doku mühendisliği için anahtar rol oynarken; ikinci nesil doku mühendisliği için hücrelerin tabaka halinde üretimini sağlayan sıcaklık-duyarlı polimerler anahtar rol oynamaktadır.
Otoimmün bir hastalık olan tip 1 diyabet, pankreatik langerhans adacıklarındaki beta hücrelerinin tahribatı ile ortaya çıkmaktadır. Günümüze kadar, β-hücrelerinin yerine konmasını amaçlayan üç farklı strateji geliştirilmiştir; pankreas, adacık ve hücre transplantasyonu. Halen adacık hücrelerinin transplantasyonu için tercih edilen organ, karaciğerdir. Ancak immun problemler ve graft başarısızlığı ile sonuçlanır ve alıcıların büyük kısmını insülin bağımsız durumdan tekrar insülin bağımlı hale getirir. Adacık transplantasyonunun uzun ömürlü olması için çeşitli yöntemler konusunda çalışmalar sürmektedir. Bunlar arasında biyomühendislik yaklaşımları da kullanılarak adacık hücre tabakaları oluşturulup fonksiyonel adacık sistemleri inşa edilmesi ve bu sistemlerin ekstra hepatik alanlara transferi de yer almıştır. Örneğin subrenal, subkutan ve abdominal bölge transferleri gibi. Bu 3-B hücre tabakalarının, subkutan bölgede daha etkili bir şekilde varlığını sürdürdüğü rapor edilmiştir.
Bu nedenle biz de yaptığımız çalışmamızda, sıçandan izole ettiğimiz kemik iliği kökenli mezenkimal kök hücreleri (Kİ-MKH) ve β-hücrelerini, invitro sıcaklık-duyarlı kültür kapları poly(N-isopropylacrylamide)-PIPAAm üzerinde kültür ederek oluşturduğumuz 3-Boyutlu Beta Hücre Dokusunu, diyabetik sıçanların subkutan bölgesine transfer ederek "ekstra hepatik fonksiyonel bir adacık dokusu" inşa etmeyi ve MKH kullanımının buna etkisini analiz etmeyi amaçladık. Bu sayede biyomühendislik yöntemleri kullanarak oluşturduğumuz bu 3-Boyutlu Beta Hücre Tabakasının, diyabetik sıçanlarda normal glisemik indeksi sağlayıp sağlamadığını göstermeyi hedefledik. Ek olarak yeni inşa edilmiş bir adacık dokusu olarak bu 3-Boyutlu Beta Hücre Tabakasının, subkutan dokuya engrafman yapma ve devamlı fonksiyon gösterebilme yeteneğinde olup olmayacağını da saptamayı düşündük.

Abstract:
Tissue engineering, which aims to repair and reconstruction of injured or lost organs, will most likely have an impact of increasing life quality of humans with exciting approaches. Cell based therapies emerge as an alternate strategy for many diseases which are targeting to repair, replace or increase function of an injured tissue or organ. This aim is accomplished via transferring enough number of defined cells at a certain quality to the targeted organ.
Latest approach of tissue generating is to construct cell layers instead of singe cells in order to mimic in vivo environment better. Biopolymers, which are degraded and eliminated in vivo were the keys of first generation tissue engineering while temperature-responsive polymers, which allow formation of cell layers became the second generation. Temperature-responsive polymers are covalently grafted onto the dishes, allowing various types of cells to adhere and proliferate at 37°C. The cells spontaneously detach when the temperature is reduced below 32°C without the need for proteolytic enzymes.
Type I diabetes, which is an autoimmune disease emerges with the destruction of beta cells of pancreatic Langerhans islets. Three different therapeutical approaches were developed so far; pancreas transplantation, islet transplantation (allogenic and xenotransplantations) and cell based therapies (cell replacement and neogenesis). Liver is the preferable organ for islet transplantation. Therefore transplanting islets into the portal vascular system of liver is among major clinical treatments of type I diabetes. However immune rejections resulting with graft failure turns most of the receivers back to the insulin dependent patients.
Different strategies are still under development in order to increase longevity of transplants. Building functional islet systems via constructing beta cell layers using bioengineering approaches and transplanting these structures into the hepatic areas such as subrenal, subcutaneous and abdominal areas is among these strategies. These 3D cell layers were reported to last longer at the subcutaneous areas.
We first planned to construct 'functional 3D extra hepatic islet constructs' using bioengineering approaches and transplant the constructs into the subcutaneous areas of diabetic rats. In order to do this we will co-culture rat bone marrow isolated mesenchymal stem cells (rBM-MSCs) with pancreatic β cells on in vitro temperature-responsive culture dishes [poly(N-isopropylacrylamide)-PIPAAm]. Our aims in this study are to evaluate the effects of MSCs on this 3D constructs and to determine the efficiency of the system on amelioration of glisemic index of diabetic rats. We also aimed to evaluate engraftment of this new 3D beta cell constructs and thei ability to function continuously.