Poli-kromatik led ışık kaynağının 3-boyutlu (3B) biyobaskılanmış sistemler içindeki pre-osteoblast hücrelerin osteojenik farklılaşmasına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of poly-chromatic led light source on osteogenic differentiation of pre-osteoblast cells in 3-dimensional (3D) bioprinted systems
Yazar: MERVE KAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞRUL TOLGA DEMİRTAŞ
Erciyes Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Kök Hücre Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Genetik = Genetics
Dizin: Biyobaskı = Bioprinting ; Doku mühendisliği = Tissue engineering ; Fotobiyomodülasyon = Photobiomodulation ; LED ışığı = LED lights ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy

Özet:
Fotobiyomodülasyon (PBM), lazer ve LED kaynaklar gibi iyonize olmayan ışık kaynak formları kullanılarak uygulanan ışık tedavisidir. PBMT; doku yenilenmesi hızlandırma, hücrelerin metabolik aktivitelerini arttırma, proliferasyon veya farklılaşmayı aktive etme, osteojenik faktörleri aktive ederek kemik iyileşmesini hızlandırma ve hücre canlılığını uyarma gibi ön koşullandırmaya yönelik bir yöntemdir.
Yapılan çalışmanın amacı, 450-1050 nm dalga boyu aralığında ışıma yapan LED ışık kaynağı kullanılarak PBM'nun biyomodülatif etkisinin 3B biyobaskılanmış aljinat- hücre sistemlerinin hücre kültür çalışmalarının araştırılması ve sonuçlarının kemik doku mühendisliği açısından değerlendirilmesini kapsamaktadır. Çalışmanın ilk aşamasında, aljinat hidrojelinin biyobasılabilirliği ve LED ışık kaynağının optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu aşamada, LED ışık kaynağının MC3T3-E1 preosteoblast hücre hattıyla 2B kültür çalışmaları yapılarak MTT ve Raman spektrum analizleri ile uygun mesafe ve süre (G120*20 ve GA20*20) optimizasyonları gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışmalarının ardından aljinat hidrojeli ile MC3T3-E1 hücre hattı biyobaskılanması yapılarak 21 gün boyunca kültüre edilmiştir. 3B hücre kültür çalışmalarında, hücre canlılığının takibi için MTT ve canlı- ölü hücre analizleri, hücrelerin doku iskelesi içerisindeki morfolojilerinin analizi için SEM, hücrelerin osteojenik farklılaşmasının tayini içinde RT-PCR ve Raman spektrum analizi yapılmıştır.  
Deneysel çalışma sonucunda ise, grubumuz tarafından geliştirilmiş LED ışık kaynağının uygulandığı deney gruplarında osteojenik farklılaşmanın kontrol grubuna göre daha erken günlerde gerçekleştiği ve daha yoğun bir mineralizasyonun içeriğine sahip olduğu gözlemlenmiştir. Böylece geliştirilen LED ışık kaynağının PBM uygulamalarında kemik farklılaşmasını pozitif yönde etkilediği ve kemik doku mühendisliği çalışmalarında kullanımının uygun olduğu gösterilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Fotobiyomodülasyon;  3B Biyobaskılama;  Raman Spektroskopisi; Doku Mühendisliği.

Abstract:
Photobiomodulation (PBM) is light therapy using non-ionizing light source forms such as laser and LED sources. PBM therapy; It is a method for preconditioning such as accelerating tissue regeneration, increasing metabolic activities of cells, activating proliferation or differentiation, accelerating bone healing by activating osteogenic factors and stimulating cell viability.
The aim of the study is to investigate the bio-modulatory effect of PBM using an LED light source radiating in the wavelength range of 450-1050 nm, and to evaluate the results of cell culture studies of 3D bioprinted alginate- cell systems in terms of bone tissue engineering. In the first stage of the study, the bioprintable of the alginate hydrogel and the optimization of the LED light source were performed. At this stage, 2D culture studies of the LED light source with the MC3T3-E1 preosteoblast cell line were performed and the appropriate distance and time (G120*20 ve GA20*20) optimizations were carried out MTT and raman spectrum analysis. After the optimization studies, the MC3T3-E1 cell line was bioprinting with alginate hydrogel and cultured for 21 days. In 3D cell culture studies, MTT and live- dead assay were used to monitor cell viability, SEM was used to analyze the morphology of cells in the scaffold, RT-PCR and raman spectrum analysis were used to determine the osteogenic differentiation of cells.
As a result of the experimental study, it was observed that the osteogenic differentiation occurred in earlier day in the experimental groups, in which the LED light source developed by our roup was applied, compared to the control group, and has a more intense mineralization content. Thus, it has been shown that the developed LED light source has a positively effects on bone differentiation in PBM applications and is suitable for use in bone tissue engineering studies.
Keywords: Photobiomodulation; 3D Bioprinting; Raman Spectroscopy; Tissue Engineering.