Development of tendon derived natural extracellular matrix hydrogels for 3D bioprinting applications
3B biyoyazım işlemlerinde kullanılmak üzere tendondan elde edilmiş ekstraselüler matrix hidrojellerin geliştirilmesi
- Tez No: 461046
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAHATTİN KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Kimya Mühendisliği, Bioengineering, Biotechnology, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Bugünkü doku mühendisliğinin en temel amaçlarından birisi, üç boyutlu (3B) biyobasım proseslerinde kullanılabilecek uygun biyomalzemelerin geliştirilmesidir. Bunun en önemli sebebi, 3B biyobasım yöntemi ile üretilen gerçek doku yada organa benzer canlı yapıların uzun dönemli dayanıklılıkları ve işlevselliklerinin büyük oranda beraber basıldıkları ve inkübe edildikleri biyomalzemelerin mekanik ve biyokimyasal özelliklerine bağlı olmasıdır. Hidrojel malzemeler 3B biyobasım işlemlerinde en sık kullanılan malzemelerdir. Bu malzemeler iki farklı şekilde kullanılabilmektedir. Birincisi, basılan hücresel agregaları istenilen şekilde tutmak amacıyla destek yapıları olarak kullanılmalarıdır. İkincisi ise, basılacak olan hücrelerle karıştırılarak biyobasım işleminde kullanılmalarıdır. İkinci durumda amaçlanan, hücrelere doğal ekstraselüler matriks (ECM) yapısının biomekanik ve biyokimyasal özelliklerini sağlamaktır. Sentetik ve endüstriyel doğal hidrojellerin mekanik özellikleri 3B biyobasım işlemleri için kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Fakat, bu tip hidrojeller çoğu durumda ECM'in doğal biyokimyasal çeşitliliğini sağlayamamaktadırlar. Öte yandan, sunduğu biyokimyasal zenginliğe rağmen hayvan veya insandan elde edilen ECM hidrojel malzemeler yavaş jelleşme mekanizmaları ve zayıf mekanik özellikleri sebebiyle 3B biyobasım işlemleri için en iyi aday olamamaktadırlar. Bu problemin çözümüne yönelik, bu tez çalışmasında sığır aşil tendonundan elde edilen ECM hidrojel yapıların üretim aşamaları açıklanmıştır. Bu amaçla doğal tendon dukusunun hücresizleştirilmesi ve hücresizleştirilen tendonun enzimatik degredasyonu için protokoller optimize edilmiştir. Tendon dokusundan elde edilen ECM hidrojelin immunojenik potensiyelini engellemek amacı doğrultusunda, uygulanan hücresizleştirme protokolü sığıra ait hücresel yapıların etkin yıkanması için ayarlanmıştır. Buna ek olarak, elde edilen ECM yapı iskeletleri üzerinde uygulanan yapısal ve morfolojik analizler ECM'in doğal yapısının uygulanan hücresizleştirme işleminden etkilenmediğini göstermektedir. Reolojik analizler, tendon ECM solüsyonunun fizyolojik şartlar sağlandıktan sonra ortalama üç dakika içerisinde jel yapısını oluşturduğunu göstermektedir. Geliştirilen ECM hidrojel yapılarının biyouyumluluğu NIH 3T3 fare fibroblast hücreleri kullanılarak dokuzuncu inkübasyon gününe kadar gösterilmiştir. Son olarak, hücre yüklü tendon ECM hidrojel yapılar 3B yazıcı ile yazılmış ve oluşturulan yapılardaki yüksek hücre canlılığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Biomaterials development for 3D bioprinting processes has become one of the major objectives of tissue engineering in recent years, as biomaterials play pivotal role in determining the long term durability and the functionality of printed biological constructs. Hydrogel materials are frequently used in 3D bioprinting either as support structures for providing shape fidelity to printed cell aggregates or cell-encapsulating agents for mimicking the biochemical and biomechanical aspects of extracellular matrix (ECM). Mechanical properties of synthetic and commercially available natural hydrogels can be tuned easily for 3D bioprinting purposes; however, in most cases they fail to represent the natural environment of ECM. In spite of the biochemical wealth of the ECM hydrogels derived from animal or human tissues, they are not the best candidates to be used in 3D bioprinting processes due to the very slow gelation kinetics. This thesis work addresses this problem by describing the production of bovine tendon derived ECM solution by presenting the optimized decellularization and enzymatic digestion procedures. Decellularization conditions were used for the efficient removal of cellular content in order to suppress the immunogenic potential of the native tissue. Furthermore, morphological and structural studies showed that the natural architecture of the ECM was also preserved. Based on the rheological studies, the prepared ECM solution was observed to form stable hydrogel in about three minutes under physiological conditions. Besides, biocompatibility of developed ECM hydrogels was verified on encapsulated NIH 3T3 fibroblast cells. Normal fibroblast morphology was observed in ECM hydrogels indicating their high biomimicry. Additionally, 3D printing of ECM hydrogels by using a custom built 3D printer proved their high printability. The results showed that the developed naturally derived ECM hydrogel possesses fast gelation kinetics which makes it a promising candidate for 3D bioprinting practices, and as an alternative injectable hydrogel for augmented treatment of tendon injuries. Moreover, this is the first report on 3D bioprinting of naturally derived ECM hydrogels by employing a piston driven extrusion based deposition system, without using any additional crosslinking agents or support polymer structures.
Benzer Tezler
- Şaşılık hastalarının rezeksiyon yapılmış ekstraoküler kas dokularında gen ekspresyon analizi
Gene expression analysis in resected extraocular muscle tissues of strabismus patients
HALUK HÜSEYİN GÜRSOY
Doktora
Türkçe
2022
GenetikEskişehir Osmangazi ÜniversitesiTıbbi Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ ÇİLİNGİR
- Poli(3-hidroksi bütirat)/poli(bütilen adipat-ko-tereftalat)/ipek- bazlı tendon doku iskeleleri: Karakterizasyon ve tenojenik aktivite
Poly(3-hydroxy butyrate)/poly(butylene adipate-co-terephthalate) /silk-based tendon scaffolds: Characterization and tenogenic activity
BURCU SARIKAYA
Doktora
Türkçe
2022
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MENEMŞE GÜMÜŞDERELİOĞLU
- Hibrit yapılı sürekli robot tasarımı, adaptif kontrolü ve deneysel incelenmesi
Design, adaptive control and experimental investigation of a hybrid continuum robot
MERT CAN AKSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mekatronik MühendisliğiEge ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DİLŞAD ENGİN
- Zemin ankrajlarının taşıma gücü ve imal yöntemlerinin taşıma gücüne etkisi
Soil anchor ultimate load capacity and construction methods effect on ultimate load capacity
ANIL HELVACIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET OĞUZ TAN