Influence of micropatterns on human mesenchymal stem cell fate
Mikrodesenlerin insan mezenkimal kök hücrelerinin yazgısı üzerine etkileri
- Tez No: 442133
- Danışmanlar: PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI, PROF. DR. NESRİN HASIRCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 227
Özet
Mezenkimal kök hücrelerin (MKH) kemik hücresi de dahil birçok hücre çeşidine farklılaşabilmesi, bu hücreleri doku mühendisliği uygulamaları açısından umut veren bir kaynak haline getirmektedir. Kök hücrelerin in vivo mikroortamlarının, biyokimyasal sinyallerin yanı sıra mikro- ve nanoölçekte fiziksel sinyaller de sağlayarak hücrelerin davranışlarını ve farklılaşmalarını yönlendirdiği bilinmektedir. Çözünür kimyasal faktörlerin kullanımı, MKH'in belirli hücre tiplerine farklılaşmasını kontrol etmekte en sık kullanılan yöntemdir. Ancak bu yöntem, yeterince etkin olmayan sonuçlar ve olası yan etkiler açısından kaygıları da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle, malzeme yüzeylerinin hücrelerin in vivo ortamlarını taklit edecek şekilde tasarlanması, hücre-yüzey ilişkilerini anlama ve kök hücrelerin farklılaşma yönünü kontrol etme bakımından oldukça önemlidir. Buradan yola çıkarak, yüzeyleri sırasıyla 4, 8 ve 16 µm boşluklar ile ayrılmış 4x4 µm² (P4G4), 8x8 µm² (P8G8) ve 16x16 µm² (P16G16) boyutlara ve 8 µm yüksekliğe sahip kare prizma sütunlar ile bezenmiş poli(metil metakrilat) filmler tasarlanmıştır. Elde edilen filmlerin bir grubuna yüzey hidrofilikliğini arttırmak üzere oksijen plazması uygulanmıştır. Diş pulpasından izole edilen insan MKH'i, mikrodesenli yüzeyler üzerinde kültür edilmiş, mikrodesenlerin boyut ve hidrofilikliğinin hücre tutunması, yapısal değişiklik, hücre çoğalması ve farklılaşması üzerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, mikrodesenlerin hidrofobik yüzeylerde hücre tutunmasını arttırırken çoğalma hızını düşürdüğünü, oksijen plazma işleminin ise, tüm örneklerde hem tutunmayı hem çoğalma hızını arttırdığını göstermiştir. Konfokal mikroskopi görüntüleri ve hücre biçimlerinin dijital analizleri, hücre iskeletlerinde yüzey desenlerinden kaynaklanan ciddi biçim bozulmalarının meydana geldiğini göstermiştir. Bu bozulmalar plazma işlemi görmüş yüzeylerde daha erken ve daha yüksek düzeyde gerçekleşmiştir. Daha küçük sütun ve sütunlararası boşluk boyutlarına sahip yüzeylerdeki hücre kültürlerinde, hücrelerin çekirdeklerinde ciddi şekil değişiklikleri oluşmuştur. Bu örneklerde hücre çoğalma hızı kontrol yüzeylere göre belirgin derecede azalmıştır. Mikrosütunların kök hücre ve kemik işaretçisi (marker) genlerin ifadesi üzerine etkileri gerçek zamanlı kantitatif PCR metodu ile incelenmiştir. Plazma işlemi görmüş desenli yüzeyler kök hücre işaretçilerinin ifadesinde bir azalmaya neden olurken, kemik hücresi işaretçilerinin ifadesinde bir artışa sebep olmamıştır. Oksijen plazma işlemi görmemiş hidrofobik P4G4 ve P8G8 yüzeyler ise kemik işaretçisi alkalen fosfatazın (ALP) ifadesinde artışa sebep olarak işlem görmemiş hidrofobik desenlerin kimyasal osteojenik faktörler olmadan da kemik hücresine farklılaşmayı tetiklediğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Mesenchymal stem cells (MSCs) are promising cell sources for tissue engineering applications as they can differentiate into a variety of adult cells types including osteoblasts. In vivo microenvironment of stem cells is known to provide both biochemical signals and micro- and nanoscale physical cues that influence the behavior and fate of stem cells. The use of soluble chemical factors is the most common strategy to guide the commitment of MSCs to specific lineages, but it is a cause of concern such as unsatisfactory results or potential side effects. Therefore, engineering of the substrate surfaces with the aim of mimicking in vivo physical cues is a promising approach to understand cell-substrate interactions and modulate the fate of MSCs. For this purpose, poly(methyl methacrylate) films were designed to have surfaces decorated with 4x4 µm² (P4G4), 8x8 µm² (P8G8) and 16x16 µm² (P16G16) square prism pillars of 8 µm height separated by 4, 8 and 16 µm gaps, respectively. One set of the substrates were treated with oxygen plasma to improve surface hydrophilicity. Human MSCs isolated from dental pulp tissues were cultured on these substrates and the influence of the dimension and hydrophilicity of micropatterns on attachment, conformational changes, proliferation and differentiation of cells were studied. The results showed that micropatterns increased cell attachment but decreased proliferation rate on the hydrophobic substrates; however, oxygen plasma modification promoted both attachment and proliferation rate on all substrates. Confocal micrographs and the following digital analysis of cell shapes revealed distinct deformations in varying degrees in the cytoskeleton induced by topographical features. These deformations were found to occur earlier and to a higher degree on plasma modified hydrophilic substrates. Cells cultured on substrates with smaller pillar and gap dimensions displayed significant deformations of their nuclei. The proliferation rates on these substrates were significantly lower compared to the control surfaces. The influence of micropatterns on the expression of stemness and osteogenesis related genes was determined by real time quantitative PCR method. Plasma modified substrates were found to downregulate the expression of stemness markers and did not lead to an increase in the expression of bone markers. Hydrophobic P4G4 and P8G8 surfaces having no oxygen plasma modification, however, caused a significant increase in the expression of the bone marker alkaline phosphatase (ALP) and demonstrated that unmodified hydrophobic micropillar structures induce osteogenesis without using any chemical osteogenic factors.
Benzer Tezler
- Influence of microenvironment on tissue engineering applications
Mikroçevrenin doku mühendisliği uygulamalarına etkisi
ESEN SAYIN
Doktora
İngilizce
2017
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
DOÇ. DR. ERKAN TÜRKER BARAN
- Influence of micropatterned polymeric substrates on cancer cell behavior
Mikrodesenli polimerik sübstratların kanser hücresi davranışı üzerine etkisi
MENEKŞE ERMİŞ ŞEN
Doktora
İngilizce
2016
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
DOÇ. DR. UTKAN DEMİRCİ
- Biodegradable poly(ester-urethane) scaffolds for bone tissue engineering
Kemik doku mühendisliği için biyobozunur poli(ester-üretan) destek yapılar
AYSEL KIZILTAY
Doktora
İngilizce
2011
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Bölümü
PROF. DR. JULİO SAN ROMAN
PROF. DR. NESRİN HASIRCI
- Collagen matrices for guided tissue engineering
Yönlendirilmiş doku mühendisliği amaçlı kollajen taşıyıcılar
SUZAN BER
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
PROF. DR. MEHMET TONER
- Cell-surface interactions in a breast cancer model
Mem kanseri modelinde hücre-yüzey etkileşimleri
EZGİ ANTMEN
Doktora
İngilizce
2017
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASIF NEJAT HASIRCI
PROF. DR. UTKAN DEMİRCİ