Mikro ve nano desenlenmiş doku iskelelerinde nöral hücre davranışlarının incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve Nanotıp A.B.D., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2016
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: İLYAS ÖZÇİÇEK
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): KEZBAN ULUBAYRAM
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Mekanik yollarla veya genetik mutasyonlarla oluşan nöral hasarlar nedeniyle her yıl 6.8 milyon kişi yaşamını yitirmektedir. Nöral hasarlar kişilerin yaşam kalitelerini yüksek oranda etkilerken, oldukça yüksek tedavi maliyetleri ortaya çıkmaktadır. Bu durum araştırmacıları daha yenilikçi ve etkili tedavi yaklaşımları üzerine yöneltmiştir. Sinir doku mühendisliği nöral hasarların tamiri için alternatif bir tedavi yaklaşımı sunmaktadır. Bu yaklaşım, sinir dokusunun rejenerasyonunu ve gelişimini sağlayacak uygun topografyada, üç boyutlu doku iskelelerinin (sinir kanallarının) geliştirilmesini hedeflemektedir. Sinir rejenerasyonu oldukça yavaş ilerleyen bir süreçtir. Nörit uzaması ve hücre göçü, sinir tamiri için zaruri süreçler olup; arzu edilen hedeflere yönlendirme ve sinaptik bağlantıların yeniden oluşturulması gerekmektedir. Bu nedenle ideal bir doku iskelesinin intralüminal kanallı ve nöral hücre gelişimini destekleyecek ve kılavuzluk edecek bir yapıda olması gerekmektedir. Bu tez çalışmasının amacı; mikro kanallara sahip, altın nanomateryalerle nanodesenlenmiş, iletken ve biyo-uyumlu doku iskelelerinin geliştirilmesi ve bu iskelelerin üzerinde DRG (arka kök gangliyonu) primer duyu nöronu davranışlarının incelenmesidir. Bu amaca yönelik olarak; elektron demeti litografisi tekniğiyle 1, 5 ve 10 µm oluk genişliklerine sahip mikro-oluklu ipek fibroin/polietilen oksit (SF/PEO) ve poliüretan (PU, Velox-carbothaneTM) doku iskeleleri üretilmiştir. Mikrodesenlenmiş doku iskelelerinde iletken yüzeyler ve/veya diziler oluşturmak amacıyla; yüzeyler altın nanopartiküller (AuNPs) ve altın nanoçubuklarla (AuNRs) nanodesenlenmiş, nanoçubukları non-toksik hale getirmek için yüzeyleri polietilenimin (PEI) ile kaplanmıştır. Geliştirilen mikro/nanodesenlenmiş iskeleler üzerinde DRG nöronlar kullanılarak aksonal sıralanma düzeyleri araştırılmıştır. Bu amaçla immün boyamalar, LSCM (lazer taramalı konfokal mikroskobu) ve SEM (taramalı elektron mikroskobu) karakterizasyonları yapılmıştır. Altın nanomateryallerin pozitif katkısını incelemek ve in vivo şartları taklit etmek amacıyla mikro/nanodesenlenmiş yüzeylerdeki nöron kültürüne, biyoreaktör sistemde 100 mV düzeyinde voltaj uygulanmıştır. Gerekli immün boyamalar, ölçümler ve karakterizasyonlar ile mikro ve nanodesenlenmiş yüzeylerde farklı oluk genişliklerinin ve iletken altın nanopartiküllerin aksonal kılavuzluk ve sıralanma düzeyine olan etkisi incelenmiştir. Bu kapsamda litografi tekniği ile 3 farklı oluk genişliğine (1µm, 5 µm ve 10 µm) sahip oldukça düzgün mikro-oluklu iskeleler başarıyla üretilmiştir. Çekirdek-büyütme yöntemiyle yüksek monodispersiteye sahip (PDI:0.08) 48.59 nm boyutunda altın nanopartiküler ve 91 nm x 15 nm boyutunda altın nanoçubuklar sentezlenmiştir. Sentezlenen nanoçubukların yüzeyleri PEI ile nano düzeyde (5 nm) kaplanarak non-toksik hale getirilmiştir. 1 µm oluk genişliğine sahip PU yüzeylere elektriksel potansiyel (1V) uygulanarak, nanoçubukların oluklar boyunca kesintisiz olarak dizildikleri gözlenmiştir. Mikro-oluklu yüzeylerde nöral hücrelerin iyi tutundukları ve morfolojilerinin sağlıklı olduğu gözlenmiştir. Farklı oluk genişliklerine sahip yüzeylerde beta-III-tubulin ve NF-200 ifadesinin benzer olduğu izlenmiştir. İstatiksel olarak 1 µm oluk genişliğine sahip yüzeylerde aksonal sapma açısı 11.8 olup, 5 ve 10 µm oluk genişliğine sahip PU yüzeylerde sapma açılarının sırasıyla 23.6 ve 31.9 olduğu ve oluk genişliği arttıkça aksonal sapmaların önemli düzeyde arttığı görülmüştür. Buna ilaveten nanoçubuklarla iletken dizilere sahip PU yüzeylerde (1µm oluklu), elektriksel uyarımın (100 mV) etkisiyle aksonal sapma açısının sıfıra yaklaştığı (0.6) izlenmiştir. Mikrotopografyanın aksonal kılavuzlukta etkili olduğu, ancak iletken nanodizilerin elektriksel uyarımı ile aksonal sıralanmanın çarpıcı düzeyde arttığı sonucuna varılmıştır. Sonuç olarak, bu tez kapsamında geliştirilen mikro/nanodesenlenmiş PU yüzeyler, mikro oluklu yapısı ve iletken nanodizili özellikte olması nedeniyle nöral hücrelerin rejenerasyonu ve gelişimi için yenilikçi bir yaklaşım olup, sinir kanallarının geliştirilmesinde yol göstericidir.