Development of peptide nanomaterials for neural regeneration
Sinirsel rejenerasyon amaçlı peptit nanomalzemelerin geliştirilmesi
- Tez No: 388275
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY, DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Moleküler Tıp, Nöroloji, Biology, Molecular Medicine, Neurology
- Anahtar Kelimeler: peptit nanofiberler, sinir rejenerasyonu, siyatik sinir, peptide nanofibers, neural regeneration, scaffolds, sciatic nerve
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 164
Özet
Sinir sistemi hücrelerin birbiriyle olan bağlantılarından oluşan yoğun ve kompleks bir ağa sahiptir. Sinir sisteminde farklı fonksiyonlara sahip çeşitli hücrelerin varlığı, hücre sayısının ve hücrelerin yaptığı bağlantıların fazla oluşu bu sistemi oldukça karmaşık kılmaktadır. Bu kompleksiteye ek olarak sinir hücrelerinin çoğalmaması ve patolojik durumlarda oluşan hücreler arası matriksin inhibe edici doğası hasar sonrası rejenerasyon imkanını sınırlamaktadır. Güncel tedavi seçeneklerinin düşük başarı oranı nörodejeneratif hastalıklar ve travmatik hasarlar nedeni ile birçok hastayı ömür boyu bakıma muhtaç bırakmaktadır. Bu nedenle yeni tedavi yaklaşımlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Hücrelerin kaybedilen fonksiyonlarını yerine getirmeye yönlendirmek üzere tasarlanmış nanomalzemerin geliştirilmesi sinir rejenerasyonunda umut verici olabilir. Bu çalışmada sinirsel rejenerasyon amaçlı geliştirilmiş peptit nanofiberler ve bu malzemelerin biyolojik uygulamaları anlatılmıştır. Sinir sisteminde rejenerasyon sağlayabilmek amacıyla sağlıklı doku ve embriyonik dokulardaki hücreler arası matriksi yapı ve biyolojik sinyaller yönünden taklit eden nanofiberler üretilmiştir. Bu nanofiberler laminin proteinine has bir sekans olan 'IKVAV' ve büyüme faktörlerine bağlanma özelliği olan glikozaminoglikan taklidi sülfonatlı bir diziden oluşmaktadır. Biyoaktif peptit nanofiber iskeleler üzerinde sinirsel yönde başkalaştırılan PC-12 hücrelerinin kontrol nanofiberler üzerindeki hücrelere göre daha iyi başkalaştığı görülmüştür. Aksonal büyümeyi inhibe edici kondroitin sülfat proteoglikanların varlığında dahi nörit uzatımı etkin bir şekilde devam etmiştir. Hücreler arası matriks taklidi bu nanofiberlerin siyatik sinir rejenerasyonunda da etkili olduğu görülmüştür. Polimerik sinir tüpünün içine enjekte edilen nanofiberlerle tedavi edilen hayvanlarda aksonal rejenerasyonun daha iyi olduğu histolojik analizler ve elektromiyografi sonuçları ile gösterilmiştir. Birbirini destekleyen in vitro ve in vivo sonuçlar, bu çalışmada kullanılan peptit nanofiberlerin sinir rejenerasyonu için etkili bir malzeme olduğunu göstermektedir. Ayrıca bu nanofiberlerin içine yarı iletken oligotiyofen enkapsüle edilmiş ve bu modifikasyonun hücre canlılığını etkilemediği gözlemlenmiştir. Yeni geliştirilen bu multifonksiyonel peptit nanofiberler daha iyi bir rejenerasyon için sinir hücrelerinin elektriksel uyarımına imkan verecektir.
Özet (Çeviri)
Nervous system consists of a dense network of cells and their connections and exhibits a high level of complexity. This complexity arises from the high variety of cell types with very specific functions, the high number of cells along with the abundance of connections between these cells. When combined with the nonproliferative nature of neural cells and inhibitory nature of the pathological extracellular matrix (ECM), this complexity leads to a very limited regenerative potential. Thus neurodegenerative disorders and traumatic injuries of neural tissues lead to lifelong disabilities due to the poor success of current therapies. Novel therapeutic approaches which can overcome barriers that impede neural regeneration are therefore required to be developed. Smartly designed nanomaterials that can direct cells towards desired functions can improve the regeneration of neural tissues. Herein, I have described my work on development of peptide nanofibers for neuroregeneration and biological applications of these nanomaterials. To achieve the regeneration of the nervous system, the composition of the neural ECM under healthy conditions and during early development was mimicked through structural resemblance and bioactive epitope presentation using nanofibers. Laminin derived IKVAV peptide sequence and glycosaminoglycan mimicking, growth factor-binding sulfonated peptide sequence were presented on peptide nanofiber scaffolds. Differentiation of PC-12 cells, a model cell system for neuroregenerative studies, was found to be improved on these nanofiber scaffolds when compared to the cells on epitope free control scaffolds. Cells could even extend neurites on these scaffolds in the presence of inhibitory chondroitin sulfate proteoglycans. These nanofibers also proved to be efficient in sciatic nerve regeneration after injury. When injected into the lumen of polymeric nerve guidance channels, this bioactive nanofiber system provided guidance to the elongating axons and resulted in better axonal regeneration that was evident both from histological analysis and electromyography results. Results of in vitro and in vivo experiments were correlated and indicated the neuroregenerative potential of these peptide nanofibers. In addition, semiconductive oligothiophene was encapsulated in peptide nanofibers without compromising the biocompatibility. These hybrid nanofiber scaffolds can potentially be used for electrical stimulation of neurons that can further boost regeneration.
Benzer Tezler
- Design and development of ECM-inspired peptide-based nanostructures for bioengineering and biomedicine
Biyomühendislik ve biyotıp uygulamaları için hücreler arası matriksten esinlenilen peptit nanoyapıların tasarımı ve geliştirilmesi
ELİF ARSLAN
Doktora
İngilizce
2017
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞE BEGÜM TEKİNAY
- Structural and thermodynamic analyses of peptide-based nanomaterials via molecular dynamics simulations
Peptit bazlı nanomalzemelerin moleküler dinamik simulasyonlar aracılığı ile yapısal ve termodinamik özelliklerinin analizi
ÖZGE ŞENSOY
Doktora
İngilizce
2011
BiyofizikKoç ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET SAYAR
- A synthetic biology approach for nanomaterials design, synthesis and functionalization
Nanomalzemelerin tasarımı, bireşimi ve işlevlendirilmesine bir bireşimsel biyoloji yaklaşımı
TOLGA TARKAN ÖLMEZ
Doktora
İngilizce
2017
Biyoteknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Synthesis and characterization of metallopeptide nanostructures
Metallopeptit nanoyapıların sentez ve karakterizasyonu
OYA USTAHÜSEYİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Kanser teşhisine yönelik elektrokimyasal immünobiyosensör geliştirilmesi
Development of electrochemical immunobiosensor for cancer diagnosis
TAYFUN VURAL
