Mikrobiyal kaynaklı β-glukan ve  ekzopolisakkarit (EPS) kombinasyonlarının yara iyileşmesi üzerindeki etki mekanizmasının ortaya konulması ve biyomalzeme olarak değerlendirilmesi
Investigation of the effect mechanism of microbially derived ß-glucan and exopolysaccharide (EPS) combinations on wound healing and evaluation as biomaterials
Yazar: MESUT ABANUZOĞLU
Danışman: PROF. DR. BELMA ASLIM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Cilt yaraları hastaların yaşam kalitesinin düşmesine, yüksek tıbbi maliyetlere, hatta ampütasyon ve ölümlere yol açan bir sağlık sorunudur. Bu durumun engellenmesi için yara iyileşmesinde çoklu etki mekanizmasına sahip, biyouyumlu, biyoaktif ve biyobozunur biyopolimerlerin keşfedilmesine ihtiyaç vardır. Bu çalışmada mikrobiyal kaynaklı ß-glukan, Lactoplantibacillus plantarum GD2 ekzopolisakkariti ve bunların kombinasyonlarının yara iyileşmesindeki etkisinin ortaya konulması amaçlanmıştır. In vitro çalışmalar için fare fibroblast ve makrofaj hücre hatları kullanılmıştır. Biyopolimerlerin biyouyumluluğu, hücre canlılığı esas alınarak MTT analizi ile belirlenmiştir. In vitro yara modeli aracılığıyla uygulama gruplarının hücre migrasyonu üzerindeki etkisi gözlemlenmiştir. Uygulama gruplarının gen ifadesine etkisi qRT PCR aracılığıyla tespit edilmiştir. Bu çalışmalarda alınan olumlu sonuçların protein ifadesine yansıması western blot analiziyle test edilmiştir. MTT analizinden elde edilen sonuçlar, EPS ve ß-glukan biyopolimerlerinin sitotoksik olmadığını ve biyouyumlu olduğunu göstermiştir.  İn vitro yara modelinde test edilen tüm uygulama grupların hücre migrasyonunu indüklemesiyle birlikte en etkili sonuçlar kombinasyon uygulamasında alınmıştır. Fibroblastlarda uygulama gruplarının çeşitli zamanlarda etkili gen ifadeleri olsa da en etkili sonuçlar kombinasyon uygulamasında görülmektedir. Uyarılmış makrofaj hücrelerinde, pro-inflamatuar sitokinler sadece ß-glukan uygulamasında baskılanmıştır. Bununla birlikte EPS'nin dahil olduğu gruplarda inflamatuar fenotipte artış görülmektedir. Makrofajlarda çalışılan anti-inflamatuar sitokinlerde tüm uygulama grupları, gen ifade düzeylerini arttırmıştır. Western blotlama çalışmalarında anti-inflamatuar etki açısından özellikle kombinasyonu grubu IL-4 ve IL10 proteinlerinin ifade düzeylerini arttırdığı gözlemlenmiştir. Çalışma sonuçları, iki farklı biyopolimer ve kombinasyonunun cilt yaralarında fibroblastları aktive ederek ekstraselüler matriks (ECM) bileşenlerinin sentezinin uyarılması ile indüklenen migrasyonunun yara kapanmasında etkili olabileceği gösterilmiştir. Aynı zamanda, bu biyopolimerler ve kombinasyonlarının yara iyileşmesinde anti-inflamatuar ve pro-inflamatuar sitokin aracılı inflamasyonun dengelenmesi ile de rejeneratif süreçlere yardımcı olabilir

Abstract:
Skin wounds are a health problem that leads to a decrease in patients' quality of life, high medical costs, and even amputation and death. In order to prevent this situation, there is a need to discover biocompatible, bioactive and biodegradable biopolymers with multiple mechanisms of action in wound healing and to develop new treatment strategies in which these biopolymers can be used. This study aimed to reveal the effects of microbial-derived ß-glucan, Lactoplantibacillus plantarum GD2 exopolysaccharide (EPS) and their combinations on wound healing. Mouse fibroblast and mouse macrophage cell lines were used for in vitro studies. Biocompatibility of biopolymers was determined by MTT analysis based on cell viability. The effect of application groups on cell migration was observed through an in vitro wound model. Gene expression results from the application groups were determined by qRT PCR. The reflection of the positive results obtained in these studies on protein expression was tested by western blot analysis. Results from MTT analysis showed that EPS and ß-glucan biopolymers were non-cytotoxic and biocompatible. While all application groups tested in the in vitro wound model induced cell migration, the most effective results were obtained in combination application. Although application groups have effective gene expression at various times in fibroblasts, the most effective results are seen in combination application. In stimulated macrophage cells, pro-inflammatory cytokines were suppressed only by ß-glucan application. However, there is an increase in the inflammatory phenotype in groups including EPS. All application groups increased gene expression levels of anti-inflammatory cytokines studied in macrophages. In Western blotting studies, it was observed that especially the combination group increased the expression levels of IL-4 and IL10 proteins in terms of anti-inflammatory effect. Study results have shown that two different biopolymers and their combination can be effective in wound closure by activating fibroblasts in skin wounds and stimulating the synthesis of extracellular matrix (ECM) components. At the same time, these biopolymers and their combinations may aid regenerative processes by balancing anti-inflammatory and pro-inflammatory cytokine-mediated inflammation in wound healing.