Biyoyapay pankreas: Pankreas hücrelerinin enkapsülasyonu ile hücre tedavileri
Bioartificial pancreas: Cell therapies with the encapsulation of pancreas cells
Yazar: MAHMUT ÖZER
Danışman: PROF. DR. EMİR BAKİ DENKBAŞ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Diyabet hastalığı çeşitlerinden Tip 1 diyabet (T1D) hastalığı otoimmün veya otoimmündışı sebeplerle pankreatik beta hücrelerinin hasarlanması sonucu oluşmaktadır ve tedavi için konvansiyonel olarak ekzojen insülin uygulanmaktadır. Bu tedavi sırasındaki kan glukoz dalgalanmalarının kötü kontrolü retinopati, nöropati, nefropati ve kardiyovasküler hastalıklar gibi birçok sekonder komplikasyonlara yol açmaktadır. Ömür boyu insülin kullanımı yerine pankreas transplantasyonu diyabet hastalığının tedavisinde kullanılan diğer bir seçenek olarak ortaya çıkmaktadır. Ancak, donör bulmadaki güçlükler, büyük cerrahi operasyon ve zahmetli immün baskılama süreçlerinden dolayı pankreas transplantasyonu öncelikli tedavi seçeneği olarak değerlendirilmemektedir. Pankreas yerine adacık hücrelerinin aktarılması nispeten küçük operasyonlar ile gerçekleştirilebiliyor olmasına karşın, immün baskılama süreci halen gerekmektedir. Geliştirilen nanoteknolojik yöntemler ile adacık hücrelerinin enkapsülasyonu, hücrelerin bağışıklık sisteminden saklanabilmelerini, canlılık ve işlevselliklerini uzun süre koruyabilmelerini sağlamaktadır.  
Adacık hücresi kaplama teknikleri, zar kalınlıklarına göre mikro ve nanoenkapsülasyon olarak sınıflandırılabilmektedir. Adacık hücrelerinin kaplanması sonrasındaki karşılaşılan en önemli sorun, yeterli miktardaki besin ve oksijenin hücrelere ulaşmamasıdır. Mikroenkapsülasyon yöntemiyle elde edilen adacık hücreleri, kaplama yüzeyi ile hücreler arasındaki mesafenin artması nedeniyle canlılıklarını uzun süre koruyamamaktadır. Nano kalınlıktaki enkapsülasyonlar bu mesafeyi azaltmanın yanında kaplanmış olan hücrelerin uygulama alanlarının artmasına da olanak sağlamıştır.
Tez çalışması kapsamında kendiliğinden jelleşen peptitler olan florenil-9-metoksikarbonil-difenilalanin/arjinin-glisin-aspartik asit (Fmoc-FF/Fmoc-RGD) kombinasyonu ile çok katmanlı aljinat-GRGDSP/kitosan konformal kaplama yöntemleri uygulanarak biyoyapay pankreas modeli oluşturulması hedeflenmiştir.  TEM görüntüleri ile çok katmanlı aljinat-GRGDSP/kitosan nanofilm kaplama (100 nm'den daha ince) doğrulandıktan sonra, nanoenkapsüle adacık hücreleri insülin salım modaliteleri ve canlılıkları açısından incelenmiştir. Enkapsüle hücrelerin fizyolojik olarak benzer özellikler göstermesiyle birlikte, sıçanlarda in vivo nakil ön çalışması gerçekleştirilmiştir. İn vivo deneyler sonucunda enkapsüle adacık hücreleri ile kontrol grubu arasında normogliseminin sağlandığı süre bakımından fark elde edilememiştir. 

Anahtar Kelimeler: Tip 1 diyabet hastalığı, adacık hücresi, transplantasyon, mikroenkapsülasyon, nanoenkapsülasyon, Fmoc-FF, Fmoc-RGD, aljinat-GRGDSP, kitosan, biyoyapay pankreas.

Abstract:
Type 1 Diabetic (T1D) Disease, a type of the diabetic diseases, caused by the destruction of the pancreatic beta cells caused by autoimmune and non-immune mechanisms is an autoimmune illness and conventionally exogenous insulin is applied for treatment. Inefficient blood glucose level fluctuation control leads to secondary complications during this treatment such as; retinopaty, neuropaty, nefropaty and cardiovascular diseases. Instead of lifelong insulin usage, pancreas implantation emerges as another option for diabetes treatment. However, pancreas transplantation is not utilized as primary treatment choice, because of difficulties in finding donors, heavy surgical operations and troublesome immune suppression procedure. In spite of the fact that transplantation of islet cells instead of whole pancreas can be achieved by relatively smaller surgical operations, immune suppression procedure is still required. Encapsulation of islet cells with the help of improved nanotechnological methods provides them with immunoisolation, long duration of viability and functionality.
Islet cell encapsulation techniques can be classified as micro or nanoencapsulation regarding the thickness of the membrane. Primary drawback after encapsulation is that encapsulated cells are not supplied with the sufficient amount of oxygen and nutrient. Macroencapsulated islet cells cannot survive for a long time because of increased distance between cells and encapsulation surface. Nano thickness encapsulation minimizes this distance and increases the possible implantation sites of the encapsulated cells as well. 
Within the scope of this thesis study, bioartificial pancreas model formation was targeted by applying combination of self-assembled peptides, such as fluorenyl-9-methoxycarbonyl-diphenylalanine/arginine-glycine-aspartate (Fmoc-FF/Fmoc-RGD), and multilayered alginate-GRGDSP/chitosan encapsulation method. After nanofilm multilayered islet cell encapsulation with alginate-GRGDSP/chitosan was verified by TEM images (less than 100 nm), nanoencapsulated cells were analyzed in terms of their insulin secreting modality and survival in vitro. As they were found to demonstrate physiologically similar properties, in vivo rat islet transplantation pre-study was conducted thereafter. In consequence of in vivo studies, no difference were found between nanoencapsulated islet cells implanted rats and control group regarding normoglycemia maintaining time. 

Keywords: Type 1 Diabetic Disease, islet cells, transplantation, microencapsulation, nanoencapsulation, Fmoc-FF, Fmoc-RGD, alginate-GRGDSP, chitosan, bioartificial pancreas.