Developing a 3D co-culture platform to model and mechanistically probe Parkinson's disease
Parkinson hastalığını modellemek ve mekanistik olarak incelemek için 3B birlikte kültür platformu geliştirilmesi
- Tez No: 1022726
- Danışmanlar: DR. ŞADİYE EMEL SOKULLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Nöroloji, Neurology
- Anahtar Kelimeler: Parkinson hastalığı, Elektrofizyoloji, Jelatin Metakrilat, Optogenetik, Parkinson's disease, Electrophysiology, Gelatin Methacrylate, Optogenetics
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sağlık Araştırmaları Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Parkinson hastalığı (PH), mitokondriyal yetmezlik, kronik nöroinflamasyon ve düzensizleşmiş nöronal aktivite arasındaki karmaşık etkileşim tarafından yönlendirilen ilerleyici bir nörodejeneratif bozukluk olarak geleneksel şekilde tanımlanmaktadır. SH-SY5Y hücre hattını kullananlar başta olmak üzere geleneksel iki boyutlu (2B) kültür modelleri, doğal beyin dokusu mimarisini ve işlevsel karmaşıklığı yeterince yeniden oluşturamamakta; bu durum söz konusu modellerin öteleme potansiyelini kısıtlamaktadır. Bu boşluğu doldurmak amacıyla, mevcut çalışmada PH'nin ilerleyici dopaminerjik nörodejenerasyon belirtisini modellemek için tasarlanmış, yüksek düzeyde sağlam bir jelatin metakriloil (GelMA) tabanlı üç boyutlu (3B) in vitro platform oluşturulmuş ve kapsamlı biçimde karakterize edilmiştir. SH-SY5Y hücrelerinin fotokrosslinklenebilir GelMA hidrojeller içine stratejik olarak kapsüllenmesinin ardından sıralı retinoik asit ve beyin kaynaklı nörotrofik faktör uygulaması ile farklılaşma gerçekleştirilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu, son derece gözenekli ve birbirine bağlı bir iskelet mimarisini doğrularken, Canlı/Ölü analizi 14 gün boyunca %90'ın üzerinde sürdürülebilir hücresel canlılığı ortaya koymuştur. Farklılaşmış nöronlar belirgin nörit uzaması, artmış dallanma hiyerarşisi ve MAP2, TUBB3 ile SYP olgunlaşma belirteçlerinde anlamlı düzeyde yüksek ekspresyon sergilemiş; 3B mikro ortam, 2B kontrollere kıyasla belirteç ekspresyonunu istatistiksel olarak anlamlı biçimde artırmıştır (iki yönlü ANOVA, F(4,30) = 53,98, p < 0,0001). Hücre geneli yama klemp kayıtları işlevsel olgunlaşmayı daha da doğrulamış; güçlü voltaj kapılı sodyum kanalı aktivitesi, 1. Günde −51,3 ± 16,4 mV'dan 17. Günde −92,1 ± 5,2 mV'a ilerleyici istirahat membranı hiperpolarizasyonu ve artan membran iletkenliği (Welch ANOVA, p = 0,000046) saptanmıştır. PH benzeri patolojik bir fenotip oluşturmak amacıyla Rotenon uygulamasından yararlanılmış; 1 µM dozun 24 saat içinde metabolik canlılığı yaklaşık %60'a düşürdüğü ve toplam apoptozu monokulturlerde kontroldeki %10,0'dan %35,8'e yükselttiği gözlemlenmiştir. İnsan astrositlerinin birlikte kültürünün önemli ölçüde nöroproteksiyon sağladığı, canlılığı %72,9'un üzerinde koruduğu ve apoptozu %25,2'ye gerilettiği belirlenmiştir. Rotenon ayrıca istirahat halindeki hücre içi Ca²⁺ düzeylerinde belirgin yükselmelere yol açmış (Welch t-testi, p < 0,0001), kendiliğinden oluşan kalsiyum transientlerinin sıklığını azaltmış ve elektrofizyolojik kararlılığı bozmuştur. Bu işlevsel gerileme, hastalıkla ilişkili transkriptom değişiklikleriyle eş zamanlı gerçekleşmiş; TH ve SYP'nin aşağı regülasyonunun yanı sıra LRRK2 ve IL-6'nın yukarı regülasyonu gözlemlenmiş ve bu değişiklikler en etkin biçimde 3B nöro-gliyal çerçeve içinde baskılanmıştır. Tüm bu bulgular birlikte değerlendirildiğinde, GelMA tabanlı 3B platformun PH benzeri dejenerasyonun karakteristik morfolojik, apoptotik ve transkripsiyon özelliklerini başarıyla yeniden oluşturarak koordineli yapısal, moleküler ve işlevsel olgunlaşmayı kolaylaştırdığı görülmektedir. Bu sinerjistik platform, dopaminerjik kırılganlığın mekanistik incelenmesi için sağlam, biyomimetik bir çerçeve sunmakta olup optogenetik kontrolün ilerleyen aşamalarda entegrasyonu, aktiviteye bağımlı nörodejeneratif döngülerin gerçek zamanlı dinamik sorgulanmasına olanak tanıyacaktır.
Özet (Çeviri)
Parkinson's disease (PD) is traditionally defined as a progressive neurodegenerative disorder driven by the intricate interplay between mitochondrial failure, chronic neuroinflammation, and dysregulated neuronal activity. Conventional two-dimensional (2D) culture models, particularly those utilizing the SH-SY5Y cell line, often fail to accurately recapitulate the native brain tissue architecture and functional complexity, thereby limiting their translational utility. To bridge this gap, the present study established and characterized a highly robust gelatin methacryloyl (GelMA)-based three-dimensional (3D) in vitro platform designed for modeling the progressive dopaminergic neurodegeneration hallmark of PD. Strategic encapsulation of SH-SY5Y cells within photocrosslinkable GelMA hydrogels was followed by differentiation via sequential retinoic acid and brain-derived neurotrophic factor treatment. Scanning electron microscopy confirmed a highly porous, interconnected scaffold architecture, while Live/Dead analysis demonstrated sustained cellular viability exceeding 90% over 14 days. Differentiated neurons exhibited pronounced neurite outgrowth, enhanced branching hierarchy, and significant upregulation of maturation markers MAP2, TUBB3, and SYP, with the 3D microenvironment significantly promoting marker expression over 2D controls (two-way ANOVA, F(4,30) = 53.98, p < 0.0001). Whole-cell patch-clamp recordings further confirmed functional maturation, characterized by robust voltage-gated sodium channel activity, progressive resting membrane hyperpolarization from −51.3 ± 16.4 mV at Day 1 to −92.1 ± 5.2 mV at Day 17, and increased membrane conductance (Welch's ANOVA, p = 0.000046). Rotenone exposure was utilized to induce a PD-like pathological phenotype; a 1 µM dose reduced metabolic viability to approximately 60% at 24 hours and elevated total apoptosis from 10.0% in controls to 35.8% in monocultures. Crucially, human astrocyte co-culture conferred significant neuroprotection, preserving viability above 72.9% and attenuating apoptosis to 25.2%. Rotenone also triggered marked elevations in resting intracellular Ca²⁺ levels (Welch's t-test, p < 0.0001), reduced the frequency of spontaneous calcium transients, and impaired electrophysiological stability. This functional decline coincided with significant alterations in disease-relevant transcriptomes, including the downregulation of TH and SYP alongside the upregulation of LRRK2 and IL-6, shifts that were most effectively suppressed within the 3D neuro-glial framework. Collectively, these findings demonstrate that the GelMA-based 3D platform facilitates coordinated structural, molecular, and functional maturation while successfully recapitulating the hallmark morphological, apoptotic, and transcriptional features of PD-like degeneration. This synergistic platform provides a robust, biomimetic framework for the mechanistic dissection of dopaminergic vulnerability, with future integration of optogenetic control enabling the dynamic interrogation of activity-dependent neurodegenerative cycles in real time.
Benzer Tezler
- Developing approaches and in vitrosystems for studying and promotingangiogenesis and for regenerativemedicine applications
Başlık çevirisi yok
SERKAN DİKİCİ
- Sigortada dağıtım ve tutundurma metodları
Başlık çevirisi yok
BANU GÖNENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
SigortacılıkMarmara ÜniversitesiSigortacılık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN GÜRBÜZ
- Билим, илим жана маданият тармагындагы Кыргызстан менен Түркиянын кызматташтыгы (1992-2012 жж.)
Kırgız Cumhuriyeti ile Türkiye Cumhuriyeti arasında eğitim, bilim ve kültürel ilişkiler (1992-2012)
KADRİ AĞGÜN
Doktora
Kırgızca
2016
TarihKyrgyz State Unıversıty Named After I ArabaevTarih Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TÖLÖBEK ABDRAHMANOV
- Biyoteknolojik ilaç araştırmaları için prostat kanseri 3-boyutlu hücre kültürü ve ko-kültür modellerinin oluşturulması
Establishment of 3D-cell culture and co-culture models of prostate cancer for biotechnological drug development
FERSU GÜL ASYA ÇALIŞIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyoteknolojiEge ÜniversitesiFarmasötik Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLGE DEBELEÇ BÜTÜNER
