Protein-based hydrogel synthesis and tissue engineering applications
Protein esaslı hidrojel sentezi ve doku mühendisliği uygulamaları
- Tez No: 1022030
- Danışmanlar: PROF. DR. ESMA VOLGA BULMUŞ ZAREIE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyokimya, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biochemistry, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Enjekte edilebilir hidrojeller, doku mühendisliği ile rejeneratif tıp uygulamaları için hem minimal invaziv uygulamaya olanak sağlarken, hem de ayarlanabilir fiziko-kimyasal özellikler ve biyoaktif taşıma kapasitesi sunmaktadır. Bu tez kapsamında, bis(akriloil)sistamin (BAC) ile çapraz bağlanmış serisin bazlı enjekte edilebilir hidrojeller geliştirilmiş ve lokalize mRNA iletimi için potansiyeli değerlendirilmiştir. Hidrojel oluşumu; amin/akrilat oranı, pH, reaksiyon süresi ve protein konsantrasyonu değiştirilerek sistematik olarak incelenmiştir. Test edilen formülasyonlar arasında, 60 mg/mL serisin konsantrasyonu, 2:1 amin/akrilat oranı, pH 10 ve 48 saat reaksiyon süresinde hazırlanan hidrojeller en uygun özellikleri göstermiştir. Bu formülasyon, yaklaşık %1000 (v/v) şişme kapasitesine sahip, yüksek derecede fibröz bir yapı sergilemiştir. Aynı zamanda viskoelastik ve kayma incelmesi özellikleri enjekte edilebilirliğini ortaya koymuştur. Bu hidrojel formülasyonu PBS içinde yaklaşık 12 güne kadar kararlı kalmıştır. L929 fibroblast ve HaCaT keratinosit hücre hatları kullanılarak gerçekleştirilen in vitro çalışmalar, hidrojellerin hücre canlılığını ve proliferasyonunu 14 güne kadar desteklediğini göstermiştir. Sistemin gen iletim potansiyeli, model olarak GFP kodlayan mRNA–Lipofectamine lipopleksleri kullanılarak incelenmiştir. Dikkat çekici olarak, bu komplekslerin hidrojel sentez koşulları altında stabil kaldığı ve etkin hücresel transfeksiyona olanak sağladığı belirlenmiştir. Salım çalışmaları, yüklenen mRNA'nın neredeyse tamamının 24 saat içinde salındığını göstermiş; konfokal görüntüleme ise salınan mRNA'nın biyolojik aktivitesini koruduğunu doğrulamıştır. Kinetik analizler, salım mekanizmasının hem difüzyon hem de matris gevşemesi/şişmesi tarafından kontrol edilen Fick tipi olmayan bir mekanizma olduğunu göstermiştir. Genel olarak, elde edilen sonuçlar bu tez kapsamında geliştirilen enjekte edilebilir serisin–BAC hidrojellerin hücre büyümesini desteklediğini ve lokal mRNA iletimine olanak sağladığını, böylece rejeneratif doku mühendisliği uygulamaları açısından önemli bir potansiyele sahip olduklarını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Injectable hydrogels enable minimally invasive administration while offering tunable physicochemical properties and bioactive delivery capabilities for tissue engineering and regenerative medicine applications. In this thesis, sericin-based injectable hydrogels crosslinked with bis(acryloyl)cystamine (BAC) were developed and evaluated as potential platforms for localized mRNA delivery. Hydrogel formation was systematically investigated by varying amine-to-acrylate ratio, pH, reaction time, and protein concentration. Among the tested formulations, the hydrogels prepared at 60 mg/mL sericin concentration, 2:1 amine-to-acrylate ratio and pH 10 for 48 h reaction time showed the most favorable characteristics. This formulation exhibited a highly fibrous structure with a swelling capacity of ~ 1000% (v/v) and demonstrated viscoelastic, shear-thinning behavior, indicating its injectability. It also remained stable in PBS for up to approximately 12 days. In vitro studies using L929 fibroblast and HaCaT keratinocyte cell lines confirmed that the hydrogels supported cell viability and proliferation upto 14 days. The gene delivery potential of the system was investigated using model GFP-encoding mRNA-Lipofectamine lipoplexes. Notably, the complexes remained stable under hydrogel formation conditions and enabled effective cellular transfection. Release studies indicated that almost all of the loaded mRNA was released within 24 h, and confocal imaging confirmed that the released mRNA retained its biological activity. Kinetic analysis suggested a non-Fickian release mechanism governed by both diffusion and matrix relaxation/swelling. Overall, the results demonstrate that injectable sericin–BAC hydrogels developed in this thesis support cell growth and enable local mRNA delivery, highlighting their potential for regenerative tissue engineering applications.
Benzer Tezler
- Manyetik bifonksiyonel nano kompozitlerin sentezlenmesi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Synthesis, characterization and applications of magnetic bifunctional nano composites
BARIŞ HULİSİ KARAKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU
- Developing novel bioactive scaffolds for cartilage tissue engineering applications
Kıkırdak doku mühendisliği uygulamaları için yeni biyoaktif i̇skelelerin geliştirilmesi
OĞUZHAN GÖKMEN
Doktora
İngilizce
2026
Mühendislik Bilimleriİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN KARAMAN
- Design of biocompatible hydrogels with regions of different chemical and mechanical properties
Farklı kimyasal ve mekanik özellikte bölgeler içeren biyouyumlu hidrojel tasarımları
ASLIHAN ARĞUN
- Jelatin ve histon kullanılarak doku mühendisliği uygulamaları için yüksek biyouyumlu biyomalzeme sentezi ve karakterizasyonu
Highly biocompatible biomaterials synthesis and characterization for tissue engineering applications by using gelatin and histone
SABİHA DEMİRCİ CENGİZ
- İpek fibroin/polidimetilakrilamid esaslı yarı içiçe geçmiş (semi-IPN) hidrojellerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of semi-interpenetrating polymer network hydrogel based on silk fibroin/poly(dimethylacrylamide)
TUĞBA ÇELİKER