Kemik iliği kaynaklı mezenkimal kök hücrelerde statik manyetik alanın osteoblastik farklılaşmaya etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of static magnetic field on osteoblastic differentiation of mesenchymal stem cells orginated from bone marrow
Yazar: KAYA MOLO
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMEL ORDU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Doku mühendisliği, kök hücre-tabanlı terapi yöntemleri, hedefe yönelik yeni ilaç iletim sistemlerinin geliştirilmesi son yılların en önemli araştırma alanlarındandır. Manyetik alan ya da manyetik nanoparçacık uygulamaları bu alanlarda öne çıkan stratejilerden biridir. Statik manyetik alan aynı zamanda halen yara iyileşmesinde, kemik rejenerasyonunda ve manyetik rezonans tekniğinin bir komponenti olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte statik manyetik alanın kök hücre popülasyonları üzerindeki biyolojik etkisi henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Mezenkimal Kök Hücreler (MKH), hücresel tedaviler için önemli biyolojik araçlardır. Çeşitli hücre gruplarında Statik Manyetik Alan (SMA), farklı hücre hatlarının fizyolojik süreçlerini düzenleyen bir uyarandır. İn Vitro'da SMA şiddeti/yoğunluğu ve süresine bağlı olarak hücre membran polarizasyonunda ve yapısında, hücre iskeletinde, hücre içi oksidasyon koşullarında, gen ifadelerinde ve proliferasyon süreçlerinde değişimlere neden olmaktadır. Bu çalışmamızda, insan kemik iliği kökenliği mezenkimal kök hücreleri, Neodimium Demir Boron (NdFeB) mıknatıs kaynaklı 328 mT SMA tesirinde bırakılarak, büyüme ve çoğalma oranlarındaki, oryantasyonlarındaki, osteojenik farklılaşma süreçlerindeki değişimler incelenmiştir. 0,6 mg/mL 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilen MTT analizine göre 6 gün boyunca 24 saat 328 mT SMA tesirinde kalan kök hücrelerin büyüme ve çoğalma oranlarında, kontrol grubuna göre bir değişim gözlenmez iken, aynı SMA tesiri hücrelerin, manyetik akıya paralel oryantasyon kazanmasına sebep olmuştur. SMA'nın osteogenez sürecine olan etkisini araştırmak amacıyla yaptığımız deneylerde 14 gün boyunca 24 saat 328 mT SMA tesiri ve kimyasal osteojenez uyarımına maruz kalan grupta, alkalin fosfataz aktivitesinin, sadece kimyasal osteojenez uyarımına maruz kalan gruba göre azaldığı tespit edilmiştir (p<0,05). Alizarin Red S boyama ile gerçekleştirilen mineralleşmeye olan etkinin incelenmesinde, 14 gün boyunca 24 saat 328 mT SMA tesiri ve kimyasal uyarıma maruz kalan grupta daha az mineralleşme odaklarının oluştuğu tespit edilmiştir. Literatür verileriyle değerlendirildiğinde, SMA varlığında artan hücre içi demir konsantrasyonun, serbest radikallerin oluşumunu tetiklemesi, sonucu hücre büyüme ve çoğalmasında istatistiki olarak anlamlı bir artışın olmamasına rağmen osteojenez sürecinde alkalin fosfataz gen ifadesini ve biyominerallenmeyi önlediği öngörülmektedir.

Abstract:
Tissue engineering, stem cell-based therapies and developing new targeted drug systems are the most important research fields. In this research field, the application of the magnetic field or magnetic nanoparticles is one of the main strategies. The static magnetic field has already been utilized in chronic wound therapies, nonunion bone fractures treatments, and magnetic resonance imagining. However, the effects of static magnetic field on mesenchymal stem cell has not been explained properly yet. Mesenchymal stem cells (MSCs) are important biological tools for regenerative medicine or cell therapies. Static Magnetic Field (SMF) is one of the physical stimulants to modulate physiological processes in different cell lines. In vitro conditions, SMFs, according to their intensity and duration, change cellular membrane polarization, oxidative product concentrations, gene expression patterns, and cell propagation rates. In this study, human bone marrow-derived MSCs were grown under 328 mT SMF by using Neodymium Iron Boron (NdFeB) magnets to investigate SMF influence on their proliferation rates, morphologies, osteogenic differentiation capacity. The proliferation rate was analyzed by MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide, 0,6 mg/mL) 24 hours and 6 days after SMF induction. Although preliminary results showed that cells in the SMF treated group gained a parallel orientation according to magnetic field direction, SMF influence did not significantly change proliferation rates. It was analyzed and compared alkaline phosphatase (ALP) activity in the cells grown for 14 days under both continual SMF and chemically osteogenic induction. It was observed that ALP activity in this group decreased compared to the control groups. Also, Alizarin Red S staining showed that mineralization decreased in the cells grown under the same conditions compared to control cells. When the results are evaluated with literature data, it is comprehended that although increased intracellular iron concentration and changed production or half-life of free radicals in SMF may not affect cell growth and proliferation, it can alter the ALP gene expression and bio-mineralization.