Askıda hidrojellerin serbest biçimli tersinir gömülmesi metodu ile karmaşık yapıların 3 boyutlu biyobaskılanması
3D bioprinting of complex structures by the method of freeform reversible embedding of suspended hydrogels
Yazar: ŞEYMA NUR YILMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ORHAN ERDEM HABERAL
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Anabilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Hem rejeneratif tıpta hem de ilaç taramasında kullanılmak üzere biyo-mühendislikte kan damarlarına yönelik artan bir talep olmuştur. Bununla birlikte, gerçek bir biyo-mühendislikte vasküler greftin mevcudiyeti sınırlı kalmaktadır. Üç boyutlu (3B) biyo-baskı, transplantasyon ve rejenerasyon için çeşitli mimaride ve boyutlarda kan damarları veya vaskülarize doku yapıları üretmek için potansiyel bir yaklaşım sunmaktadır. Bazı araştırmalar, insan vücudundaki büyük boyutlu kan damarlarının 3B baskısının elde edildiğini bildirmiş olsa da, hala tamamlanmamış mikrovasküler simülasyon ve iskele malzemelerinin düşük biyouyumluluğu ve mekanik mukavemeti gibi acil olarak çözülmesi gereken bazı problemler mevcuttur. Geleneksel dikey istifleme yöntemi, düzgün olmayan boru çapı ve basılan katman sayısı(uzunluğu) gibi bazı dezavantajlara sahiptir. Bu sorunları çözmek için alternatif bir çözüme ihtiyaç vardır. Çalışmamızda alternatif çözüm olarak ekstrüde edilmiş bir 3B yazıcı kullanılarak jelatin destek banyosu içerisine içi boş damar benzeri yapı iskelelerini uygun destek banyosu formülasyonunu kullanarak basılabilirliğini test etmiştir. Aljinat, vasküler doku yapılarının ekstrüzyon biyobaskısında yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin; aljinat, biyolojik olarak basılmış içi boş yapıların yapısal aslına uygunluğunu sağlamak için aynı anda verilen kalsiyum klorür (CaCl2) çözeltisi ile fiziksel olarak çapraz bağlanabilir. Çalışmamızda biyomürekkep olarak %1'lik aljinat çözeltisi hazırlanmıştır. Bu çalışmanın amacı; ekstrüde edilmiş bir 3B yazıcı kullanarak hidrojel yardımıyla damar benzeri yapı iskelelerinin basılmasını sağlamaktır. Ekstrüde edilmiş bir 3B yazıcı kullanarak FRESH method ile damar benzeri yapı iskelelerinin aljinat biyomürekkep ile biyobasımı gerçekleştirildi. Çalışmamızda iki farklı destek banyosu formülasyonu kullanıldı ve basılabilirlikleri değerlendirildi. Jelatin destek banyosu V0'da baskı sırasında şişme gözlemlendi. Bu yüzden v1 in basılabilirlik için daha uygun olduğuna kara verildi. Jelatin destek banyosu V1 ile elde edilen içi boş damar benzeri yapı iskelesinin akış testi ve çekme testi sonuçları gözlemlendi. İçi boş damar benzeri yapı iskelesinin akış testine 6 saatten daha fazla dayanıklılık gösterdiği gözlemlendi.

Abstract:
There has been an increasing demand for bioengineered blood vessels for use in both regenerative medicine and drug screening. However, availability of a true bioengineered vascular graft remains limited. Three-dimensional (3D) bioprinting offers a potential approach to fabricate blood vessels or vascularized tissue structures of various architectures and sizes for transplantation and regeneration. Although some studies have reported the achievement of 3D printing of large-sized blood vessels in the human body, there are still some urgent problems to be solved, such as incomplete microvascular simulation and low biocompatibility and mechanical strength of scaffold materials. Traditional vertical stacking method has some disadvantages like uneven pipe diameter and number of layers printed. An alternative solution is needed to solve these problems. In our study, we tested printability of hollow vessel-like scaffolds into the gelatin support bath using an extruded 3D printer as an alternative solution, using appropriate support bath formulation. Alginate is widely used in extrusion bioprinting of vascular tissue structures. For example, alginate can be physically crosslinked with the concomitant calcium chloride (CaCl2) solution to ensure structural fidelity of bioprinted hollow structures. In our study, a 1% alginate solution was prepared as a bioink. The aim of this study is to print vessel-like scaffolds with the aid of hydrogel using an extruded 3D printer. Using an extruded 3D printer, vessel-like scaffolds were bioprinted with alginate bioink using the FRESH method. In our study, two different support bath formulations were used, and their printability was evaluated. Swelling was observed during printing in the gelatin support bath V0. Therefore, it was decided that v1 is more suitable for printability. Flow test and tensile test results of hollow vessel-like scaffold obtained with gelatin support bath V1 were observed. The hollow vessel-like scaffold was observed to withstand the flow test for more than 3 hours.