Kök hücrelerin osteojenik farklılaşmasına elektromanyetik alanın ve seramik-kaplı manyetik nanopartiküllerin etkisinin incelenmesi
Evaluation of the effects of electromagnetic field and ceramic-coated magnetic nanoparticles on the osteogenic differentiation of stem cells
Yazar: BURCU BAYRAMLI ÖNER
Danışman: PROF. DR. YAŞAR MURAT ELÇİN
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü / Temel Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Demir oksit = Iron oxide ; Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields ; Kök hücreler = Stem cells ; Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles ; Nanobiyoteknoloji = Nanobiotechnology ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Yapılan bu tez çalışmasında, kemik rejenarasyonunu yeni bir yaklaşım olarak manyetik nanopartiküllerin ve düşük frekanslı darbeli manyetik alanın birlikte kullanımının adipoz kök hücrelerinin farklılaşma kapasitesi araştırıldı. Bu amaçla ilk olarak, silika kaplamalı ve aminosilan modifikasyonlu nanopartiküller sentezlenerek, düşük frekanslı manyetik alan ile birlikte adipoz kökenli mezenkimal kök hücrelere uygulanarak, hücreler üzerine etkileri incelendi. Çalışmanın ilk aşamasında MNP, S-MNP, IS-MNP, A-MNP ve AIS-MNP sentezi yapıldı. Sentezlenen nanopartiküllerin morfolojisinin incelenmesi için TEM, kimyasal ve manyetik yapılarının incelenmesi için XRD, XPS, VSM, FTIR ve zeta potansiyeli analizleri gerçekleştirildi. Biyolojik uygulamalarda kullanma ve uygun doz oranını bulmak için in vitro sitotoksisite testleri geçekleştirilirken nanopartiküllerin hücre ile etkileşimini belirlemek için TEM analizleri yapıldı. Bu tez kapsamında sentezlenen manyetik nanopartiküllerin uygulanan dozlarının sitotoksik olmadığı bulundu ve nanopartiküller besiyerinde disperse edilerek hücreler ile etkileştirildi. Tez çalışmasının ikinci kısmında ise nanopartikül içeren hücrelere 1.3 mT 15 Hz düşük frekanslı darbeli manyetik alan 20 gün boyunca, her gün 3 saat olacak şekilde uygulandı. Elektromanyetik alan sonrası hücre canlılığı için MTT, hücre morfolojisi için hematoksilin & eosin, hücre farklılaşma çalışmaları için ALP, alizarin kırmızısı ve kalsiyum birikim analizleri yapıldı. Bu tez çalışması göstermiştir ki ayrı ayrı manyetik nanopartiküller ve elektromanyetik alan adipoz kökenli mezenkimal kök hücreleri farklılaşmaya itmekte, birlikte kullanımı ise daha etkili bir yöntem oluşturmaktadır.

Abstract:
In this thesis study, the differentiation capacity of adipose stem cells was investigated by using magnetic nanoparticles and low frequency pulsed magnetic field as a new approach to bone regeneration. For this purpose, silica-coated and aminosilane modified nanoparticles were synthesized and applied to adipose-derived mesenchymal stem cells together with a low-frequency magnetic field, and their effects on cells were investigated. In the first stage of the study, synthesis of MNP, S-MNP, IS-MNP, A-MNP and AIS-MNP was performed. TEM was used to examine the morphology of the synthesized nanoparticles, and XRD, XPS, VSM, FTIR and zeta potential analyzes were performed to examine their chemical and magnetic structures. While in vitro cytotoxicity tests were performed to find the appropriate dose rate and use in biological applications, TEM analyzes were performed to determine the interaction of nanoparticles with the cell. The applied doses of the synthesized magnetic nanoparticles were found to be non-cytotoxic, and the nanoparticles were dispersed in the medium and interacted with the cells. In the second part of the thesis study, a 1.3 mT 15 Hz low-frequency pulsed magnetic field was applied to the cells containing nanoparticles for 3 hours every day for 20 days. MTT for cell viability after electromagnetic field, hematoxylin & eosin for cell morphology, ALP for cell differentiation studies, alizarin red and calcium deposition analyzes were performed. This thesis study has shown that individual magnetic nanoparticles and electromagnetic field push adipose-derived mesenchymal stem cells to differentiation, and their use together creates a more effective method.