3 boyutlu yazıcı ile metakrilatlanmış jelatin/prp hidrojel ve mezenkimal kök hücre içeren osteokondral gradyan sistemlerin hazırlanması ve in-vitro etkinliklerinin belirlenmesi

GÜLSEREN IRMAK

3 boyutlu yazıcı ile metakrilatlanmış jelatin/prp hidrojel ve mezenkimal kök hücre içeren osteokondral gradyan sistemlerin hazırlanması ve in-vitro etkinliklerinin belirlenmesi

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomühendislik A.B.D., Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2019

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: GÜLSEREN IRMAK

Danışman: Menemşe Gümüşderelioğlu

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Sunulan doktora tezinin amacı, osteokondral hasarların tedavisinde kullanılmak üzere fotoaktifleştirilmiş plateletçe zengin plazma (PRP) gradyanı ve 3B biyobaskılama yöntemi kullanılarak adipoz kökenli mezenkimal kök hücreleri (AdMSC) yüklü gradyan hidrojel sistem geliştirmektir. Doktora tez çalışmasının ilk aşamasında kemik doku mühendisliği çalışmaları yürütülmüştür. Öncelikle, geleneksel yaklaşımdan farklı olarak mikrodalga enerjisi (Mw) ile yüksek oranda metakrilatlanmış (≥%90) jelatin (Jel-MA) sentezi gerçekleştirilmiştir. Preosteoblastik MC3T3-E1 hücreleri Jel-MA'ya ilave edilerek oluşturulan biyoçözelti 3B biyobaskılandıktan sonra kararlı hidrojel yapıyı oluşturmak üzere fotobaşlatıcı (Irgacure) varlığında UV (300-500 nm) ile çapraz bağlanmıştır. Böylelikle mekanik dayanımı yüksek, elastik yapıda, düşük biyobozunma oranına (35 günde %27±1.9) sahip ve in-vitro kemik oluşumunu destekleyen hidrojeller elde edilmiştir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında ise kıkırdak doku mühendisliği çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu bölümde büyüme faktörlerini yapısında bulunduran PRP, kondrojenik farklılaşmayı yönlendirici ajan olarak kullanılmıştır. İlk olarak PRP, geleneksel aktivasyon yöntemlerinden farklı olarak polikromatik ışık kaynağı (PAC, 600-1200 nm) ile fotoaktive edilmiştir. Böylece, periyodik olarak fotoaktive edilen PRP'den kontrollü ve uzun dönemde büyüme faktörü salımı sağlanmıştır. PRP'ye, Jel-MA ve ATDC5 kondrojenik hücrelerinin eklenmesiyle oluşturulan PRP biyoçözeltisi biyobaskılandıktan sonra, PAC ile fotoaktive edilmiştir. Ardından, hidrojeller, kararlı yapının elde edilebilmesi için Irgacure varlığında UV ile çapraz bağlanmıştır. Sonuçta, periyodik olarak PAC uygulaması ile mekanik dayanımı yüksek, uzun süreli ve sabit hızda büyüme faktörü salan ve in-vitro hiyalin kıkırdak oluşumunu destekleyen hidrojeller elde edilmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında, adipoz kökenli mezenkimal kök hücreler (AdMSC'ler) Jel-MA, Jel-MA/PRP1:0.5 ve Jel-MA/PRP1:1 çözeltilerine ayrı ayrı ilave edildikten sonra gradyan sistemi oluşturacak şekilde aşamalı olarak biyobaskılanmış ve fotoçapraz bağlanmıştır. PRP'nin Jel-MA ile aşamalı olarak karıştırılması ile oluşturulan gradyan kompozit yapı, AdMSC'lerin kıkırdak, ara yüzey ve kemik fazlarına farklılaşmasında sinerjik bir etki yaratmıştır. Osteoindüktif ve osteokondüktif özelliklere sahip Mw-Jel-MA ve yapısında bulundurduğu yüksek çeşitlilikteki biyoaktif ajanların aktivasyon bağımlı salınması ile osteokondral rejenerasyonu arttırıcı etkisi bulunan PRP, AdMSC'lerin osteokondral dokuya farklılaşmaları için uygun bir ortam sunmuştur. Yapılan hücre canlılığı, histoloji, immünositokimya, gen ekspresyonu ve biyokimyasal analizler sonuçlarına göre hücre kültürü süresince periyodik olarak PAC uygulanan hidrojel sistemler, aşamalı olarak hiyalin kıkırdak, hipertropik kıkırdak, subkondral kemik ve kalsifiye kemiğe sahip in-vitro osteokondral doku oluşumunu desteklemiştir. İlgili literatür incelendiğinde AdMSC yüklü fotoktifleştirilmiş-Jel-MA/PRP kompozit biyoçözeltisi ile 3B biyoyazıcı kullanılarak oluşturulmuş gradyan sistem ve in-vitro koşullarda elde edilmiş osteokondral gradyan doku oluşumu bulunmamaktadır. Çalışma bu açıdan özgündür. Mikrodalga destekli metakrilatlama prosesi ile Jel-MA'nın mekanik dayanımının iyileştirmesi ve PRP/Jel-MA biyoçözeltisinin fotoaktifleştirilmesi çalışmanın diğer özgün yanlarını oluşturmaktadır.