Üç boyutlu biyobasım yönteminde denizel kaynaklı biyomürekkep kullanılarak karaciğer doku mühendisliği uygulamaları için ko-kültür yapılarının oluşturulması
Construction of co-culture structures for liver tissue engineering applications by using marine-derived bioink in three-dimensional bioprinting method
Yazar: ELİF BALIKÇI
Danışman: PROF. DR. ERKAN TÜRKER BARAN
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / Hamidiye Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Doku Mühendisliği Anabilim Dalı / Doku Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Üç boyutlu baskı = 3D printing

Özet:
Amaç: Denizanası kolajen kaynaklı, fotopolimerleşen kolajen metakrilat jel kullanılarak, üç boyutlu (3B) biyobasım tekniği ve doku mühendisliği yöntemi ile karaciğer doku eşleniği üretimidir.
Gereç ve Yöntem: Denizanasından kolajen (JCol) izole edilerek protein karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. JCol metakrilatlanarak ultraviyole (UV)'ye duyarlı kolajen metakrilat (JColMA) jel sentezlenmiştir. JColMA jel basılabilirliğini ve şekil kalıcılığını artırmak için aljinat metakrilat (AlgMA) jel ile farklı kompozisyonlarda (1. jel %6 AlgMA+%2 JColMA, 2. jel %8 AlgMA, 3. jel %8 AlgMA+%2 JColMA, 4. Jel %7 AlgMA+%3,5 JColMA) jeller hazırlanmıştır. Hepatokarsinom hücreleri (HepG2) jellere katılarak biyobasım ile üç boyutlu (3B) yapay karaciğer doku üretilmiştir. 1. jel merkezde insan unbilikal ven endotel hücresi (HUVEC) ile, 4. Jel içeriği kabuk kısmında hepatokarsinom hücreleri (HepG2) hücreleriyle ko-aksiyel biyobasım yapılarak ko-kültür ortamında 3B yapay karaciğer dokusu oluşturulmuştur. Oluşan 3B yapıların mono-kültür ve ko-kültür ortamlarında in vitro biyouyumluluk ve fonksiyonellik (albümin sekresyonu, üre sentezi ve glikojen depolama kapasitesi) testleri gerçekleştirilmiştir. 
Bulgular: Biyobasım tekniğinde jel (jel içeriği ve konsantrasyonları, kullanılan çözücü, sterilizasyon türü, fotobaşlatıcı konsantrasyonu, hücre konsantrasyonu) ve basım parametreleri (sıcaklık, basınç, UV) canlılığı etkileyen temel parametrelerdir. Biyobasım tekniği kullanılarak oluşturulan 3B yapay karaciğer dokularının canlılığı, albümin salgısı ve üre sentezi incelendiğinde maksimum verimliliğin deney grupları rasında %7 AlgMA+%3,5 JColMA jeli içerisinde gerçekleştiği tespit edilmiştir. HUVEC ve HepG2 hücrelerinin 3B yapı içinde ko-kültür edilmesinin HepG2 hücrelerinin fonksiyonelliği olan serum albumin, üre ve glikojen sentezini arttırdığı tespit edilmiştir.
Sonuç: 3B mono-kültür jel ortamlarında, jelin içeriğindeki JCol miktarı arttıkça HepG2 hücrelerinin canlılığının ve fonksiyonelliğinin (albümin salgısı ve üre sentezi) arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca, HepG2 hücrelerinin HUVEC hücreleri ile oluşturduğu ko-kültür ortamının karaciğer doku oluşumu ve fonksiyonelleğine pozitif etkisi tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Biyomürekkep, Denizanası Kolajeni, Doku Mühendisliği, Karaciğer, Üç Boyutlu Biyobasım

Abstract:
Aim: The aim of the thesis is the production of liver tissue equivalent by three-dimensional (3D) bioprinting technique and tissue engineering method, using photopolymerized collagen methacrylate gel originating from Jellyfish collagen.
Materials and Methods: Collagen (JCol) was isolated from jellyfish and protein characterization was performed. UV-sensitive collagen methacrylate (JColMA) gel was synthesized by methacrylating JCol. To increase the printability of JColMA gel, gels with different compositions were prepared with alginate methacrylate (AlgMA) gel and printed in monoculture medium with hepatocellular carcinoma cells (HepG2), 3D structures were produced for liver tissue and tested in vitro. Gel contents of monoculture printing are 6% AlgMA: 2% JColMA, 8% AlgMA, 8% AlgMA: 2% JColMA, 7% AlgMA: 3.5 % JColMA for 1st, 2nd, 3rd, and 4th gel respectively. Among 4 gel contents, a co-culture environment was created by co-axial printing  of the 1st gel with the Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) in the inner part, and the 3rd gel with the HepG2 cells in the shell part. The resulting three-dimensional structures were tested for in vitro biocompatibility and cell functionality. The effect of JCol composition on biocompatibility for HepG2 cells in mono-culture printing and the influence of the co-culture on cell functionalities were examined.
Results: JColMA bioink dissolved in PBS at a maximum concentration of 10%. Acid-based solvents were tried to prepare gels at higher concentrations. The use of acidic solvents also had a negative effect on cell viability during bioprinting. Albumin secretion and urea synthesis in 3D bioprint constructs were detected in a the 7% AlgMA+3.5% JColMA composition, containing maximum JColMA. It has been determined that co-culture of HUVEC and HepG2 cells in the same bioprinted, 3D structure increased the functionality of HepG2 cells, respect to serum albumin, urea, and glycogen synthesis.
Conclusion: In 3D monoculture gel media, it was found that the viability and functionality of HepG2 cells (albumin secretion and urea synthesis) increased as the amount of JCol in the gel increased. In addition, when the activity of HepG2 cells in co-culture medium with HUVEC cells and in control monoculture medium was compared with in vitro tests, the positive effect of co-culture medium on liver tissue formation and functionality was determined.

Key Words: Bioink, Jellyfish Collagen, Liver, Three Dimensional Bioprinting, Tissue Engineering