Sinir hasarında kullanılmak üzere biyoaktif moleküller içeren biyomalzemelerin geliştirilmesi ve etkinliğinin incelenmesi
Development and effectiveness of biomaterials containingbioactive molecules for use in nerve damage
Yazar: ASLI PINAR ZORBA YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. EMRAH ŞEFİK ABAMOR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Nöroşirürji = Neurosurgery
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Eksozomlar = Exosomes ; Grafen = Graphene ; Nanobiyoteknoloji = Nanobiotechnology ; Sinir dokusu = Nerve tissue ; Sinir rejenerasyonu = Nerve regeneration

Özet:
Sinir sistemi, merkezi ve periferik sinir sistemi olarak iki bölüme ayrılan, organizmanın iç yapısıyla çevresel değişiklikler arasında köprü oluşturan mekanizmadır. Periferik sinir sistemi hasarları çeşitli travmalar, doğumlarda görülen brachial pleksus yaralanması, enjeksiyon hataları, anatomik anomaliler, tümörler, otoimmün yetmezlik, ateşli silahla yaralanmalar ya da kazalar ve metabolik hastalıklar gibi farklı nedenlerden oluşabilir. Dünya genelinde önemli bir iş gücü kaybına neden olan periferik sinir hasarlarının, pleksus ve kök yaralanmaları da dahil edildiğinde travma merkezine başvuran hastaların %5'inde görüldüğü bildirilmiştir. Periferik sinir rejenerasyonunda yaşanan mevcut problemlerin giderilmesi için, sinir yenilenmesinin optimize edilmesi, gerekli büyüme faktörleri eksikliğinin uygun mikroçevresi ile birlikte oluşturulmasını ve kas atropisinin azaltılmasını sağlayacak teknolojiler gerekmektedir. Son yıllarda literatürde farklı kaynaklardan izole edilen kök hücrelerin çeşitli biyomalzemeler ile bir araya getirilerek kullanıldığı doku mühendisliğine dayalı yaklaşımlar periferik sinir hasarı modellerinde sıklıkla incelenmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, Wharton jeli kaynaklı MKH'ler ve aynı hücre hattından elde edilen eksozomların ve toksik olmayan konsantrasyondaki grafen ile 3B biyoyazıcı aracılığıyla bioink yapısının oluşturulması; elektroyazıcı ile üretilmiş PCL iskele ile kompozit biyomalzeme olarak nöral konduit şeklinde birleştirilmesi gerçekleştirilmiştir. Bu biyomalzemenin karakterizasyonu FTIR ve SEM ile yapılmıştır. Üretilen nöral konduitin içerdiği grafenin, hem biyomalzeme içindeki GFP işaretli kök hücreler ile hem de biyomalzeme üzerine sferoidal formda ekilmiş kök hücrelerle etkileşimi Time-Lapse görüntüleme ile incelenmiştir. Daha sonraki aşamada biyomalzeme üzerindeki kök hücre sferoidlerinin eksozom ve farklılaşma solüsyonu kullanılarak sinir hücrelerine farklılaşması yani kombinasyon terapisi yapılmıştır. Farklılaşma etkinliği hem immün boyama ile hem de gen ekspresyon seviyesinde 2B ve 3B ortamda test edilmiştir.  Buna göre üretilen bu kompozit biyomalzemenin periferal nöromühendislikte özgün bir nöral konduit yapısında olduğu, içerdiği kök hücre, eksozom ve grafen ile sinir hücre farklılaşmasını desteklediği ve gelecekte sinir hasarlarında kullanılmak üzere potansiyel bir biyomalzeme adayı olduğu görülmüştür.

Abstract:
The nervous system is the mechanism that is divided into two parts; the central and peripheral nervous system and it forms a bridge between the internal structure of the organism and environmental changes.Peripheral nervous system damage can occur from different causes such as various traumas, brachial plexus injury at birth, injection errors, anatomical anomalies,tumors,autoimmune failure,gunshot wounds or accidents,and metabolic diseases.In order to eliminate the existing problems in peripheral nerve regeneration, technologies are required to optimize nerve regeneration, create the necessary growth factors deficiency together with the appropriate microenvironment, and reduce muscle atrophy.In recent years, tissue engineering-based approaches in which stem cells isolated from different sources are combined with various biomaterials have been frequently studied in peripheral nerve injury models. Within the scope of this thesis, the creation of Wharton gel-derived MSCs and exosomes obtained from the same cell line and the bioink structure by 3D bioprinter with graphene in non-toxic concentration;As a composite biomaterial, it was combined with the PCL scaffold produced with an electrowriting in the form of a neural conduit. Characterization of this biomaterial was done by FTIR and SEM. The interaction of the graphene contained in the produced neural conduit with both the GFP-labeled stem cells in the biomaterial and the stem cells planted in spheroid form on the biomaterial was investigated by Time-Lapse imaging.At the next stage, the stem cell spheroids on the biomaterial were differentiated into nerve cells using exosome and differentiation solution, that is, combination therapy.Differentiation efficiency was tested both by immunostaining and at the gene expression level in 2D and 3D environments.Accordingly,it has been seen that this composite biomaterial produced has a unique neural conduit structure in peripheral neuroengineering,supports nerve cell differentiation with its stem cells,exosomes and graphene,and is a potential biomaterial candidate to be used in nerve injuries in the future.