Akademik Veri Yönetim Sistemi
GÜMÜŞDERELİOĞLU M. (Yürütücü), ÇAYLI S., ÇALIŞ M.
TÜBİTAK Projesi, 2022 - 2025
Kıkırdak doku türlerinden biri olan elastik kıkırdak baş-boyun bölgesinde (kulak kepçesi, gırtlak, östaki borusu, küçük dil, vb) yer alır ve çok esnek oluşu, işlevsel ve morfolojik farklılığı ile hiyalin ve fibröz kıkırdaktan farklıdır. Diğer yandan, kıkırdak dokunun ortak avasküler yapısal özelliğine sahip olduğu için rejenerasyon yeteneği sınırlıdır. Konjenital deformasyon ve kazalara bağlı olarak gelişen elastik kıkırdak doku hasarlarının güncel tedavisinde otolog doku yamaları ve polimerik implantlar kullanılmaktadır. Ancak bu tedavilerin yetersizliği “kıkırdak doku mühendisliği” alanındaki çalışmaları gündeme getirmiştir. İlgili literatür incelendiğinde bu alandaki çalışmaların hiyalin kıkırdak rejenerasyonu üzerine yoğunlaştığı, kompleks şekil oluşturmak ve bu şekli in-vitro/in-vivo korumaktaki zorluklar nedeniyle “elastik kıkırdak doku mühendisliği” çalışmalarının son derece sınırlı olduğu dikkat çekmektedir.
Doku mühendisliğinin yenilikçi yaklaşımlarından biri olan “üç-boyutlu (3B) biyoyazma (veya biyobaskılama)” ile kompleks mimariye sahip doku ve organların kişiye-özgü olarak hızlı bir biçimde üretimi gerçekleştirilebilmektedir. Bu fabrikasyon yöntemi elastik kıkırdak doku rejenerasyonu için çözümcül avantajlar sunmaktadır. Yöntemde, 3B yapıların geliştirilmesi için biyoyazıcılardan faydalanılmakta ve polimerik malzeme-hücre karışımları (biyomürekkep) ile hücrelerin istenilen mimaride basılması sağlanmaktadır. Geliştirilen biyomürekkeplerin basım sırasında ve sonrasında hücre canlılığını en iyi düzeyde korumasının yanı sıra, baskılama sonrasında da geometrik yapının korunması ve mekanik mukavemetin sağlanması gerekmektedir. Biyomürekkep formülasyonlarındaki yenilikçi yaklaşımlara (nanokompozit biyomürekkep, IPN biyomürekkep, vb) rağmen henüz işlevsellik açısından dokuya-özgü tüm gereksinimleri karşılayan ideal bir biyomürekkepten söz edilememektedir. Özellikle, çapraz bağlayıcı içermeyen, çok katmanlı ve şekilsel mükemmelliği sağlayacak biçimde basılabilirlik özelliğine sahip ve aynı zamanda çok sayıda hücreyi canlı olarak yapısında barındıracak biyomürekkeplerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır.
Önerilen proje elastik kıkırdak dokusunun etkin bir biçimde rejenerayonunu sağlayacak yenilikçi bir biyomürekkep formülasyonu geliştirilmesi, basım parametrelerinin optimizasyonu ile çok katmanlı basılabilirliğin sağlanması ve üretilen 3B yapının in-vitro/in-vivo işlevselliğinin incelenmesi üzerine kurgulanmıştır. Biyomürekkebin hidrojel bileşenini elastik kıkırdağın ECM bileşenlerine benzer yapıdaki kappa carrageenan (κ-CA) ve ipek fibroin (SF) doğal polimer karışımı (κ-CA/SF) oluşturacaktır. Bu karışım içerisine yüksek sayıda ve canlılıkta hücre yerleştirebilmek amacıyla, ilk olarak 1967 yılında Van Wezel tarafından tanıtılan ve birim hacimdeki yüksek yüzey alanı ile pasaja gerek kalmadan hücre sayısının arttırılmasına olanak sağlayan mikrotaşıyıcı-destekli hücre kültürü yaklaşımının da biyomürekkep geliştirme aşamasına dahil edilmesi kararlaştırılmıştır. Sahip olduğu biyouyumluluk, biyobozunurluk ve hücresel aktivite özellikleri nedeniyle mikrotaşıyıcı üretiminde ise poli(bütilenadipat-ko-tereftalat) (PBAT)’ın kullanılması öngörülmüştür. Proje kapsamında ilk olarak PBAT mikrotaşıyıcıların gözenekli ve gözeneksiz formlarının üretimi gerçekleştirilecektir. Mikrotaşıyıcıların fiziksel ve kimyasal karakterizasyonlarının ardından kıkırdak öncül ATDC5 hücreleri ile yürütülecek in-vitro kültür çalışmaları kapsamında mikrotaşıyıcıların hücre tutunması ve üremesindeki etkinlikleri belirlenecektir. Bu çalışmalarla eş-zamanlı olarak κ-CA ve SF polimerlerinin uygun bileşimleriyle, mikrotaşıyıcı katkılı κ-CA/SF biyomürekkep formülasyonları hazırlanacak, reolojik karakterizasyonları yapılacak ve ekstrüder-temelli biyoyazıcı kullanılarak çok katmanlı 3B yapının tasarlanan özelliklerde basılabilirliği için RSM (Response-Surface Methodology-Yüzey Yanıt Yöntemi) metoduyla biyobasım parametreleri optimize edilecektir. Sonraki aşamada hücre taşıyan PBAT mikrotaşıyıcıları içeren κ-CA/SF biyomürekkepler ile elastik kıkırdak defektinde kullanılması tasarlanan 3B yapının biyobasım işlemi gerçekleştirilecektir. Bu aşamada tavşan boyun bölgesinden izole edilecek adipoz-kökenli kök hücreler (ADMSC) kullanılacaktır. Üretilen 3B yapılarda hücre canlılığının ve kıkırdak dokuya farklılaşma potansiyelinin belirlenmesine yönelik in-vitro hücre kültür çalışmaları gerçekleştirilecektir. 3B yapıların in-vivo elastik kıkırdak rejenerasyonunu destekleme kabiliyeti tavşanlarda oluşturulacak kulak defekt modelinde 4. ve 12. haftalar sonunda alınan doku örneklerinin histolojik ve anjiyografik verileri ile incelenecektir. Elde edilen bulgular, geliştirilen mikrotaşıyıcı-destekli biyomürekkeplerin elastik kıkırdak doku hasarlarının onarımında kullanılabilirliği açısından değerlendirilecektir.
Önerilen proje “biyomalzeme ve doku mühendisliği” alanındaki 40 yıllık bilgi birikimi ve deneyimimizle kurgulanmış olup, malzeme seçimi, metodolojisi, sistematik yaklaşımları ve uygulama hedefiyle literatüre katkı sağlayacak özgün bir çalışmadır. Ayrıca, kliniğe uyarlanabilecek çıktılar üretme potansiyelinin yüksek olması açısından önem arz etmektedir.